Em uma demonstração de engenhosidade espetacular, cientistas conseguiram pela primeira vez registrar uma sequência de imagens de uma onda de choque microscópica atravessando uma única célula humana.
Utilizando um sistema conhecido como circuito espectral, uma equipe liderada pelo engenheiro Takao Saiki, da Universidade de Tóquio, obteve resolução em nanoescala e a velocidade necessárias para capturar, quadro a quadro, o movimento de uma onda de choque acústica subaquática ao passar por uma célula HeLa cultivada, do início ao fim.
As imagens resultantes revelam novas informações sobre como as ondas de choque interagem com células biológicas. Esse avanço também abre caminhos para compreender a terapia por ondas de choque e caracterizar células baseadas em suas propriedades acústicas.
“Pela primeira vez na história, até onde sabemos, observamos diretamente a interação entre uma célula biológica e uma onda de choque, e demonstramos experimentalmente que a velocidade da onda de choque se propaga mais rapidamente dentro da célula do que fora dela”, explica Saiti.
“Além disso, nossa abordagem permitiu demonstrar a fotografia de alta velocidade em uma ampla gama de tempos, incluindo escalas de tempo de picossegundos (um trilionésimo de segundo), nanossegundos (um bilionésimo de segundo) e milissegundos (um milésimo de segundo).”
Capturar imagens de células individuais é desafiador. Elas são muito frágeis e facilmente danificáveis. Além disso, são extremamente pequenas, exigindo recursos de alta resolução. Por serem tão pequenas, não leva muito tempo para algo se mover de um lado para o outro da célula. Se piscar, você pode perder.
Portanto, qualquer sistema projetado para capturar imagens da propagação de ondas de choque através de uma célula precisa cumprir vários requisitos. Deve operar em escalas minúsculas, tanto espaciais quanto temporais, e fazer isso sem danificar a célula.
O circuito espectral é um circuito óptico que opera com luz, em vez de eletricidade. A equipe o utiliza para gerar pulsos de laser que não danificam a célula, enviando-os a uma célula imersa em uma placa com água, em intervalos de nanossegundos.
Em seguida, os cientistas empregaram uma técnica de imagem chamada fotografia de mapeamento óptico temporizado sequencial (STAMP), que usa o modo de disparo contínuo para criar uma série de imagens sequenciais em escalas de tempo curtas.
Esta câmera foi usada para fotografar a onda enquanto atravessava a célula, capturando quadros a intervalos de 1,5 nanossegundos, com um tempo de exposição de 44 picossegundos para cada quadro. Os resultados mostram claramente a frente da onda movendo-se de um lado da célula para o outro.
A tecnologia não se limita a aplicações em imagens biológicas. Os pesquisadores também a utilizaram para capturar imagens dos efeitos da ablação a laser em vidro.
Dispararam pulsos de laser de femtosegundos (um quatrilionésimo de segundo) em uma placa de vidro, conseguindo observar em detalhes o processo do laser atingindo o vidro, a onda de choque e a ablação, em diferentes escalas de tempo.
A tecnologia, segundo a equipe, oferece aos cientistas uma nova ferramenta para compreender interações microscópicas e rápidas, decompondo-as em uma série de processos que podem ajudar a desenvolver melhores ferramentas para controlá-las. Isso tem implicações abrangentes.
“Nossa tecnologia oferece oportunidades de revelar fenômenos de alta velocidade úteis, porém desconhecidos, permitindo-nos observar e analisar esses processos ultrarrápidos”, afirma o engenheiro Keiichi Nakagawa, da Universidade de Tóquio.
“Em seguida, planejamos usar nossa técnica de imagem para visualizar como as células interagem com ondas acústicas, como as usadas em ultrasssom e terapia por ondas de choque. Ao fazer isso, almejamos compreender os processos físicos primários que desencadeiam os efeitos terapêuticos subsequentes no corpo humano.”
A pesquisa foi publicada na revista Science Advances.
O artigo foi publicado originalmente por Michelle Starr na ScienceAlert.
