Pesquisadores desenvolveram uma nova técnica para visualizar células de mamíferos vivas. A equipe usou um laser poderoso, chamado laser de raios-X moles de elétrons livres, para emitir pulsos ultrarrápidos de iluminação na velocidade de femtossegundos, ou quadrilionésimos de segundo. Com isso, eles puderam capturar imagens de estruturas à base de carbono em células vivas pela primeira vez, antes que a radiação dos raios-X moles as danificasse. Espelhos Wolter refinados, um tipo de espelho ultrapreciso, foram criados para permitir que o microscópio capturasse imagens com alta resolução espacial e um campo de visão amplo.
No futuro, a equipe espera usar esse microscópio para entender melhor a natureza dinâmica da biologia celular. Você sabia que existem raios-X moles e raios-X duros? Raios-X duros são os que você provavelmente já encontrou, se passou pela segurança do aeroporto ou sofreu uma fratura. Raios-X moles são mais tipicamente restritos à pesquisa, desde o estudo de biologia e química até minerais e meteoritos. Raios-X moles são capazes de fornecer informações químicas sobre amostras e imagens detalhadas em nível subcelular, mas seu uso tem sido limitado devido ao equipamento muito especializado necessário e, em biologia, aos danos que causam às células vivas.
No entanto, uma equipe de pesquisadores construiu um novo microscópio de raios-X moles através do qual puderam visualizar células de mamíferos vivas pela primeira vez. Eles conseguiram tirar imagens de estruturas de carbono dentro das células, que não tinham sido vistas antes através de outros instrumentos. O carbono é um dos principais elementos da vida, então isso proporciona uma nova janela para uma parte vital de nós mesmos. O microscópio tem dois componentes principais: um laser de raios-X moles de elétrons livres; e espelhos Wolter altamente precisos, um tipo de espelho amplamente usado em telescópios de raios-X para observar o espaço.
Os espelhos foram feitos usando tecnologia criada pelo autor principal Satoru Egawa, professor assistente do Centro de Pesquisa para Ciência e Tecnologia Avançada da Universidade de Tóquio. “Um laser de raios-X moles de elétrons livres forneceu pulsos de iluminação na velocidade de dezenas de femtossegundos (com um femtossegundo sendo um milionésimo de um bilionésimo de segundo). A duração ultracurta dos pulsos de radiação nos permitiu tirar uma imagem antes que a estrutura da célula viva fosse alterada pelo dano da radiação”. “Usamos espelhos Wolter para iluminação e imagem.
Esses espelhos fornecem um campo de visão amplo, podem suportar irradiação dos lasers poderosos e não exibem distorção de cor, tornando-os ideais para observar amostras em vários comprimentos de onda.” Embora lasers de raios-X moles de elétrons livres tenham sido usados anteriormente para estudar vírus e bactérias menores, células de mamíferos eram grandes demais para serem estudadas dessa maneira. No entanto, ao usar espelhos Wolter, a equipe conseguiu alcançar um campo de visão mais amplo e usar um suporte de amostra mais espesso que pudesse conter células maiores. As imagens resultantes mostraram detalhes sobre o conteúdo de carbono nas células que não haviam sido vistos por outros métodos, como microscopia eletrônica e microscopia de fluorescência.
“Foi surpreendente para nós encontrar um caminho de carbono entre o nucléolo (uma estrutura no núcleo da célula, envolvida na função e sobrevivência celular) e a membrana nuclear (que envolve o núcleo), que não havia sido observado com microscópios de luz visível”, disse Egawa. Lasers de raios-X moles de elétrons livres mais brilhantes estão disponíveis, o que permitiria imagens ainda mais claras com menos “ruído” granulado. Ao adicionar lasers mais brilhantes e espelhos Wolter mais precisos, a equipe espera atualizar o microscópio para que possa observar mais elementos bioquímicos. Com isso, também poderia ajudar a iluminar algumas das reações e interações vitais que ocorrem dentro das células vivas.