Sensores fluorescentes vão iluminar profundezas do corpo

"Estamos trabalhando em tecnologia para fazer pequenos sensores que podem ser implantados perto do próprio tumor."
[Imagem: MIT/Divulgação]

Sensores fluorescentes

Para observar o interior das células vivas, os cientistas contam com uma ferramenta muito útil, os chamados "sensores fluorescentes", que são usados para "marcar" as substâncias, permitindo criar imagens de sua dispersão nas células.

No entanto, normalmente esses sensores só podem ser usados em células cultivadas em uma placa de laboratório ou em tecidos próximos à superfície do corpo: Seu sinal é fraco, e não consegue alcançar a superfície quando são implantados muito profundamente.

Engenheiros biomédicos agora encontraram uma maneira de superar essa limitação: Usando uma nova técnica fotônica que eles desenvolveram para dar energia a qualquer sensor fluorescente, eles conseguiram melhorar drasticamente o sinal fluorescente.

Com essa nova tecnologia, torna-se possível implantar sensores a até 5,5 centímetros de profundidade no tecido e ainda obter um sinal forte.

Isso irá permitir que sensores fluorescentes sejam usados para rastrear substâncias específicas nas profundezas do corpo, incluindo no cérebro, melhorando as possibilidades de diagnóstico médico ou monitoramento de efeitos de medicamentos.

"Embora você já tenha um sensor fluorescente que pode sondar informações bioquímicas em cultura de células ou em camadas finas de tecido, esta nova tecnologia permite implantar todos esses corantes e sondas fluorescentes em tecido espesso," disse o Dr. Volodymyr Koman, do MIT (EUA).

O aumento na fluorescência, em quase 50 vezes, permitirá enxergar profundamente dentro dos tecidos.
[Imagem: Volodymyr B. Koman et al. - 10.1038/s41565-022-01136-x]

Fluorescência aprimorada

Existem muitos tipos diferentes de sensores fluorescentes, incluindo pontos quânticos, nanotubos de carbono e proteínas fluorescentes. A fluorescência desses sensores pode ser vista ao incidir luz laser sobre eles. No entanto, eles não funcionam em tecidos espessos e densos, ou profundamente no tecido, porque o próprio tecido biológico também emite alguma luz fluorescente. Essa luz, chamada autofluorescência, abafa o sinal vindo do sensor.

"Todos os tecidos autofluorescem, e isso se torna um fator limitante," disse Koman. "À medida que o sinal do sensor se torna cada vez mais fraco, ele é ultrapassado pela autofluorescência do tecido."

Para superar essa limitação, a equipe criou uma maneira de modular a frequência da luz fluorescente emitida pelo sensor para que ela possa ser mais facilmente distinguida da autofluorescência do tecido. A técnica, que eles chamam de filtragem de frequência induzida por comprimento de onda (WIFF), usa três lasers para criar um feixe único com um comprimento de onda oscilante.

Quando este feixe oscilante incide sobre o sensor, ele faz com que a fluorescência emitida pelo sensor mude de cor, dobrando sua frequência. Isso permite que o sinal fluorescente seja facilmente selecionado da autofluorescência do tecido.

Usando esse sistema, os pesquisadores conseguiram aumentar a relação sinal-ruído dos sensores em mais de 50 vezes.

Uso dos sensores fluorescentes

Uma possível aplicação para esse tipo de sensoriamento é monitorar a eficácia dos medicamentos quimioterápicos contra o câncer.

Para demonstrar esse potencial, os pesquisadores se concentraram no glioblastoma, um tipo agressivo de câncer no cérebro para o qual os prognósticos são terríveis.

Os pacientes com esse tipo de câncer geralmente passam por cirurgia para remover o máximo possível do tumor e, em seguida, recebem o medicamento quimioterápico temozolomida (TMZ) para tentar eliminar as células cancerígenas remanescentes, mas o tempo de sobrevida é muito pequeno. Além disso, o medicamento disponível pode ter sérios efeitos colaterais e não funciona para todos os pacientes.

A ideia dos pesquisadores é contar com uma maneira de monitorar se o medicamento está funcionando ou não.

"Estamos trabalhando em tecnologia para fazer pequenos sensores que podem ser implantados perto do próprio tumor, o que pode dar uma indicação de quanta droga está chegando ao tumor e se está sendo metabolizada. Você pode colocar um sensor perto do tumor e verificar a partir de fora do corpo a eficácia da droga no ambiente real do tumor," disse o professor Michael Strano, coordenador da pesquisa.