A microscopia tornou possível ver tamanhos, formas e desenhos inatingíveis para o olho humano.
Para se aproximar desse objetivo, o cientista está desenvolvendo novas ferramentas para entender como as moléculas interagem, incluindo sua acidez, carga elétrica e movimento no nível nanométrico e de molécula única.
Essas informações podem gerar novos insights sobre biologia e fornecer pistas sobre como projetar novos medicamentos.
Ke Xu, o líder desta iniciativa , doutorou-se em físico-química e concentrou os seus estudos em materiais nanométricos. Durante suas investigações, ele se perguntou se poderia aplicar seus conhecimentos à biologia.
Com o tempo, ele se tornou um pesquisador de pós-doutorado no laboratório de Harvard de Xiaowei Zhuang, estabelecendo-se como o inventor da técnica de microscopia de super-resolução conhecida como STORM. Com esta tecnologia, moléculas em amostras biológicas podem ser diferenciadas com resolução avançada.
Ao longo de sua carreira, Xu vem desenvolvendo novas técnicas de microscopia para investigar as propriedades de sistemas biológicos e químicos. Seu objetivo é fornecer informações sobre como as moléculas interagem e quais outras propriedades físicas elas possuem, como acidez, carga elétrica e velocidade de movimento, em níveis nanométricos e de molécula única, a fim de contribuir para o desenvolvimento de novos avanços científicos , principalmente em relação à biologia e farmacologia.
Quando Xu abriu seu laboratório na Universidade da Califórnia em Berkeley em 2013, ele decidiu ir além do STORM. Seu objetivo era capturar os movimentos, as propriedades químicas e elétricas das moléculas e mostrar como elas interagem, o que normalmente requer mais do que um microscópio para medir.
Uma das primeiras propriedades das moléculas abordadas foi a polaridade química, propriedade que é estudada para analisar a distribuição desigual de elétrons nas moléculas. A polaridade das moléculas pode afetar sua interação e comportamento, inclusive se elas preferem se dissolver em água ou óleo.
Embora a polaridade química possa ser medida em larga escala, observar e mapear a polaridade de muitas moléculas ao mesmo tempo dentro de uma célula viva foi uma conquista para a equipe de Xu. Em 2017, eles demonstraram como seu método baseado em imagens espectrais poderia detectar diferenças de polaridade entre as membranas celulares e como elas dependem dos níveis de colesterol.
O trabalho de Xu e sua equipe também procurou melhorar os métodos para ver os movimentos das moléculas enquanto flutuam no interior aquoso das células. Esses movimentos moleculares são muito rápidos para serem observados com métodos normais de microscopia.
Em 2020, a equipe desenvolveu um laser intermitente que funciona como uma luz estroboscópica. Este laser liga e desliga mais rápido do que o obturador da câmera do microscópio, fornecendo uma imagem mais curta e nítida das localizações das moléculas. Ao capturar imagens repetidamente, os pesquisadores podem criar um vídeo stop-motion de movimentos moleculares.
Este método permite ver os movimentos das moléculas em um período de tempo de 500 microssegundos. Graças a esta descoberta, foi revelado como as moléculas tendem a se mover em diferentes velocidades em diferentes partes de uma célula. As diferentes cargas elétricas das moléculas em uma célula viva determinam como elas se movem, interagem e se unem.
Agora, a equipe de Xu está trabalhando no desenvolvimento de novos métodos para “ver” essas cargas usando microscopia, para medir como as moléculas se movem em resposta a um campo elétrico.
A contribuição desta pesquisa tem muitas aplicações potenciais no futuro. Por exemplo, pode ajudar a melhorar a compreensão de como as células funcionam em doenças específicas e como os medicamentos interagem com as células para tratar essas doenças. Além disso, o conhecimento adquirido com este trabalho também pode ajudar no desenvolvimento de novos métodos mais precisos de diagnóstico e terapia médica.
