Nova Tecnologia SDDWP-sSMLM Melhora a Imagem Molecular

A Microscopia de Localização de Moléculas Únicas (SMLM) é um tipo de tecnologia de imagem avançada usada em várias áreas científicas. Ela se destaca por ser uma forma econômica de conseguir imagens super detalhadas comparado a outras técnicas como a microscopia de iluminação estruturada (SIM) ou a depleção por emissão estimulada (STED). A principal vantagem da SMLM é que ela basicamente depende de microscópios de fluorescência comuns junto com um software especial para capturar e analisar imagens. Essa facilidade de uso fez com que a SMLM se tornasse popular entre pesquisadores que querem observar estruturas minúsculas em nível molecular.

Com o tempo, os cientistas têm buscado maneiras de obter resultados ainda melhores com a SMLM. Uma área em que eles querem melhorar é a imagem multiplexada, que significa capturar imagens em várias cores ao mesmo tempo. Embora alguns métodos tenham sido desenvolvidos para separar moléculas de cores diferentes, eles conseguem fazer isso apenas com um número limitado de cores de cada vez. Também existe um método onde diferentes cores são ativadas uma após a outra, mas isso leva muito tempo.

#Avanços em SMLM

Para superar as limitações dos métodos tradicionais de SMLM, uma nova abordagem chamada SMLM espectroscópica (sSMLM) foi introduzida. Esse método melhora a SMLM comum ao adicionar uma lente especial, como uma rede de difração ou prisma. Esses elementos ajudam a capturar não só a posição de moléculas individuais, mas também suas propriedades de cor ao mesmo tempo. Ao analisar o espectro completo de luz emitido das moléculas, a sSMLM pode teoricamente usar várias cores juntas, permitindo criar imagens mais complexas sem perder qualidade.

No entanto, versões anteriores da sSMLM tinham algumas desvantagens. Por exemplo, o jeito que separavam as cores muitas vezes diminuía a precisão das imagens. Para superar isso, um novo design chamado sSMLM simetricamente disperso (SDsSMLM) foi criado. Esse design usa uma disposição especial de lentes para garantir que os fótons sejam usados de maneira mais eficaz, levando a uma qualidade de imagem melhor.

Outro avanço veio com a introdução de um prisma de cunha dupla (DWP). Esse novo design permite um uso ainda melhor da luz, resultando em precisão aprimorada tanto nas direções laterais quanto axiais. Com esses desenvolvimentos, os pesquisadores agora conseguem obter imagens mais precisas e detalhadas sem a necessidade de configurações complicadas.

#Nova Tecnologia SDDWP-sSMLM

A versão mais recente dessa tecnologia de imagem é chamada de sSMLM com prisma de cunha dupla simetricamente disperso (SDDWP-sSMLM). Essa tecnologia usa dois DWPs, o que significa que pode capturar luz nas direções espectrais positiva e negativa. Ao fazer isso, maximiza a quantidade de luz coletada para análise. Isso é especialmente útil ao trabalhar com microscópios de fluorescência comuns, já que a nova configuração pode ser facilmente acoplada e não requer ajustes complexos.

A simplicidade dessa nova tecnologia a torna amplamente acessível, permitindo que muitos pesquisadores se beneficiem de capacidades de imagem de alta qualidade.

#Visão Geral do Processo SDDWP-sSMLM

#Preparação da Amostra para Imagem

Para testar as capacidades do SDDWP-sSMLM, os cientistas precisam preparar amostras específicas. Para calibração, eles costumam usar uma matriz de nanofuros feita sob medida. Essa matriz é criada ao depositar uma camada fina de alumínio em uma superfície de vidro e depois fazer furos minúsculos usando fresagem com feixe de íons focalizados. Isso serve como referência para verificar a precisão do sistema de imagem.

Além dos alvos de calibração, os cientistas também preparam amostras de microesferas fluorescentes para validar o sistema de imagem. As microesferas são diluídas e colocadas em uma lâmina de vidro especializada para corresponder às condições das amostras biológicas que eles querem estudar.

Para amostras biológicas, os pesquisadores costumam usar Corantes Fluorescentes para direcionar estruturas específicas dentro das células. Por exemplo, eles podem usar diferentes corantes para visualizar mitocôndrias, microtúbulos e outras partes importantes da célula.

#Configuração de Imagem

A configuração do SDDWP-sSMLM é baseada em sistemas SMLM anteriores. Ela usa um microscópio invertido com uma lente de alta potência para iluminar amostras com um laser específico. A luz emitida pela amostra é então capturada através de filtros especiais, o que permite um caminho de imagem claro para analisar a fluorescência emitida pelas amostras.

A configuração para imagem pode ser configurada para imagens bidimensionais (2D) e tridimensionais (3D). Na configuração 2D, o caminho da luz é projetado para garantir que as imagens sejam focadas corretamente em uma câmera científica. Na configuração 3D, duas imagens separadas são capturadas em ângulos ligeiramente diferentes, fornecendo informações de profundidade sobre as amostras.

#Procedimento de Calibração

Antes de começar o processo de imagem, a calibração é essencial. Primeiro, os pesquisadores usam a matriz de nanofuros para corresponder as posições das imagens capturadas no sistema. Isso ajuda a garantir que as medições feitas a partir das imagens sejam precisas. Eles realizam diferentes testes com vários filtros de luz para avaliar o quão bem o sistema pode distinguir entre diferentes comprimentos de onda de luz.

Em seguida, para se preparar para a imagem das amostras biológicas, eles fazem medições de microesferas fluorescentes em diferentes profundidades. Isso permite que eles entendam quão bem o sistema pode capturar imagens em várias localizações axiais.

#Técnicas de Processamento de Imagem

Uma vez que a imagem é feita, os cientistas precisam analisar os dados coletados. Eles usam software especializado para identificar moléculas individuais ou os pontos criados pela matriz de nanofuros. O software ajuda a determinar informações importantes como o tamanho e a posição desses pontos.

No caso da imagem 3D, o software também ajuda a inferir informações de profundidade e distinguir entre diferentes rótulos fluorescentes. Dados de múltiplas imagens podem ser processados juntos para fornecer uma imagem clara da amostra em estudo.

#Resultados e Descobertas

Para avaliar a eficácia do SDDWP-sSMLM, os pesquisadores comparam os resultados com métodos anteriores. Eles verificam quão bem o novo sistema se apresenta em termos de precisão lateral, que se refere a quão precisamente o sistema pode localizar moléculas no plano da amostra.

A nova tecnologia SDDWP-sSMLM mostra melhorias significativas em como pode localizar essas moléculas com precisão em comparação aos métodos mais antigos. Por exemplo, com um número dado de fótons emitidos, a SDDWP-sSMLM consegue uma precisão lateral até 27% melhor que seus sistemas predecessores.

As mesmas melhorias são notadas para a precisão espectral, que mede quão precisamente o sistema pode identificar as cores da luz emitida pelas diferentes moléculas. O aumento na precisão espectral é bastante substancial, chegando a números que permitem uma identificação mais clara de cores que se sobrepõem.

Além disso, a capacidade do sistema de realizar imagens 3D fornece informações de profundidade que não eram tão precisas em versões anteriores. As melhorias tanto na precisão axial quanto lateral fazem da SDDWP-sSMLM uma ferramenta valiosa para estudar estruturas biológicas complexas.

#Aplicações de Imagem Celular

Para demonstrar a aplicação prática dessa nova tecnologia de imagem, os pesquisadores usaram SDDWP-sSMLM para visualizar células HeLa, que são comumente usadas em estudos de laboratório. As células foram tratadas com corantes específicos que direcionam diferentes estruturas dentro da célula.

Os resultados mostraram que o sistema de imagem conseguiu visualizar efetivamente as relações complexas entre mitocôndrias, microtúbulos e outros componentes celulares. A profundidade da informação capturada permitiu uma compreensão mais sutil de como essas estruturas interagem dentro de células vivas.

Além de mostrar as várias estruturas, o software forneceu uma reconstrução codificada por profundidade das células. Isso significa que os pesquisadores puderam visualizar a posição de diferentes componentes dentro do espaço tridimensional das células, aumentando sua compreensão dos mecanismos celulares.

#Conclusão

Esse avanço na tecnologia SMLM, especificamente com a SDDWP-sSMLM, abriu novas possibilidades para pesquisadores interessados em estudar interações moleculares. A alta precisão espacial e espectral alcançada com essa tecnologia deve facilitar uma melhor compreensão de processos biológicos complexos.

Com a capacidade de capturar imagens detalhadas de células vivas e suas estruturas intrincadas, a SDDWP-sSMLM está prestes a ser uma ferramenta transformadora na pesquisa científica. À medida que mais pesquisadores adotam essa tecnologia, isso provavelmente levará a novas descobertas em várias áreas, desde a biologia e medicina até a ciência dos materiais.

Os pesquisadores estão animados com as implicações dessas descobertas, pois combinam imagens de alta resolução com facilidade de uso. O futuro da imagem celular parece promissor, com a SDDWP-sSMLM abrindo caminho para novos insights no mundo das interações moleculares.