Investigadores criaram um novo método de inserir nanodiamantes dentro de células para estudar o desenvolvimento de doenças como o cancro e o Alzheimer.
Ao longo dos anos, cientistas reuniram uma incrível variedade de marcadores microscópicos que podem colocar dentro das células sempre que precisarem de rotular e observar partes distintas do interior de cada uma delas. Essa rotulagem é usada para uma ampla gama de estudos, incluindo investigação sobre cancro.
Mas infiltrar esses marcadores nas células, através da membrana que as protege de substâncias indesejáveis, está longe de ser fácil. Criar uma brecha muito ampla na membrana celular ao injetar os marcadores pode ser fatal para a célula e, além disso, uma vez que são contrabandeados para dentro, muitos marcadores são tóxicos – e são atacados pela célula ou levam ao seu desaparecimento.
Na busca por marcadores não tóxicos, cientistas descobriram nanodiamantes: idênticos aos anéis de noivado em forma de joias, mas um milhão de vezes mais pequenos. Nanodiamantes são excelentes repórteres dentro das células, mas eles ainda não aparecem nos kits de ferramentas dos cientistas porque colocá-los dentro da célula sem danificar a membrana se revelou muito difícil.
Agora, uma equipa de investigadores criou uma nova forma de inserir nanodiamantes nas células sem causar danos ou provocar o ataque das células.
A nova técnica ajudará os cientistas a estudar as propriedades das células vivas ao nível molecular, mas também se pode tornar uma nova ferramenta versátil para ajudar a entender mais sobre doenças celulares como cancro e Alzheimer.
Monitorizar células
Os nossos corpos são constituídos por, aproximadamente, 40 biliões de células, variando entre 1 e 100 micrómetros de tamanho. Algumas dessas células às vezes ficam doentes – causando cancro em vários tecidos ou doenças neurológicas como o Alzheimer. Ao monitorizar as células doentes, os investigadores podem aprender mais sobre as origens e o desenvolvimento dessas doenças.
Os microscópios podem espiar dentro de uma célula, mas falham em discernir uma célula doente da sua contraparte saudável. Para uma monitorização mais detalhada, os investigadores põe rótulos nas células com marcadores biológicos que expõem mais sobre o que está acontecer dentro das células.
Os marcadores biológicos existentes, como corantes orgânicos e proteínas fluorescentes, podem expor algumas das condições dentro de uma célula para os investigadores estudarem. No entanto, esses marcadores geralmente matam a célula, limitando a sua utilidade para estudos celulares de longo prazo. Os nanodiamantes, por outro lado, não matam células – é por isso que agora estão a ser usados por investigadores em ciência celular.
Porquê nanodiamantes?
Os nanodiamantes são produzidos pela detonação de diamantes sintéticos ou a partir do pó que sobra após a moagem de diamantes naturais. Apesar das suas conotações de luxo, eles são, na verdade, relativamente baratos para investigadores comprarem – custando quase o mesmo que os biomarcadores existentes.
Crucialmente, os nanodiamantes são biocompatíveis: eles são completamente inofensivos e não tóxicos quando colocados dentro de tecido vivo. Isto significa que eles podem esconder-se dentro das nossas células. Uma vez lá dentro, os nanodiamantes brilham dentro das células – enviando informações de volta aos investigadores na forma de luz fluorescente, cujo comprimento de onda muda dependendo do pH ou da temperatura dentro da célula.
Não é fácil colocar nanodiamantes numa célula. As membranas celulares desenvolveram um impressionante aparato de proteção para manter invasores indesejados do lado de fora. Para inserir os nanodiamantes, ou espera-se que as células os convidem voluntariamente – um processo muito lento e ineficiente – ou então força-se a entrada através da membrana celular.
A microinjeção, usando agulhas microscópicas, tem sido usada para entregar marcadores como nanodiamantes através da membrana celular sem danificar fatalmente a célula, mas é um método meticuloso que geralmente não tem sucesso.
Mesmo após uma infiltração bem-sucedida, os nanodiamantes correm o risco de ser engolidos pelos lisossomas de uma célula, que são uma espécie de guarda-costas de uma célula. Biomarcadores capturados e confinados nos lisossomos são de pouca utilidade para os investigadores que tentam observar a célula inteira.
Os autores deste novo estudo, publicado recentemente na revista Small, desenvolveram um método para inserir um grande número de nanodiamantes nas células, em grande parte não detetados pelos lisossomas e sem danificar a própria célula. A abordagem combina um campo elétrico muito suave, que facilita a abertura da membrana celular, com os chamados “nanopalhinhas” – como palhinhas para beber, mas nanoscopicamente pequenas.
Neste novo estudo, os cientistas usaram células derivadas de um paciente com cancro de pulmão. Colocaram essas células em milhares de nanopalhinhas, comparáveis a uma camada minúscula de pregos. Por baixo dessas nanopalhinhas estão os nanodiamantes, numa solução levemente condutora.
Quando são aplicados pulsos elétricos de baixa voltagem aos nanodiamantes, pequenas aberturas formam-se através da membrana celular, criando uma via de acesso para os nanodiamantes atingirem o interior da célula.
Esta nova técnica é cerca de 300 vezes mais rápida do que simplesmente incubar células numa solução de nanodiamantes e esperar que alguns deles passem naturalmente para a célula. Ela também reduziu por metade o aprisionamento de nanodiamantes dentro dos lisossomas, permitindo assim que uma grande parte dos nanodiamantes entregues permanecessem livres e móveis dentro do interior da célula: uma infiltração bem-sucedida.
Como os nanodiamantes podem relatar a temperatura ou acidez de diferentes partes de uma célula ao longo do tempo, os autores esperam que a nova técnica de infiltração de nanodiamantes possa ajudar a identificar e rastrear células cancerígenas ou neurais implicadas na doença de Alzheimer.
E, caso se consiga encontrar uma maneira de emparelhar nanodiamantes com certos produtos químicos, também poderemos encontrar maneiras ainda mais refinadas de espiar as condições dentro dos blocos de construção fundamentais dos nossos corpos.
ZAP // The Conversation
