Pinça óptica captura organismos vivos

Em meados da década de 80 descobriu-se a possibilidade de capturar e manipular partículas e microorganismos vivos com dimensões de alguns micrômetros no foco de um laser em um microscópio óptico, efeito denominado pinça óptica. Uma pinça óptica de qualidade, por exemplo, consegue capturar e manter preso um espermatozóide vivo tentando escapar.

Como a luz atravessa as paredes das células, tornou-se possível manipular e medir propriedades mecânicas de membranas e organelas intracelulares sem destruir as paredes celulares. Tornou-se também possível a captura de parasitas vivos e estudar forças por eles geradas e a forma como se orientam quando em deslocamento à procura de substâncias de que se alimentam ou de que se afastam por lhes serem nocivas. Em muitos casos, esses parasitas aderem às paredes de determinadas células e as infectam. Evitar a adesão e a infecção de células pelos parasitas tem sido uma das estratégias utilizadas para neutralizar-lhes a ação. Para isso, têm sido realizados, com esses organismos vivos capturados por pinças ópticas, estudos que envolvem observações e medidas em tempo real.

Embora a pinça óptica mantenha um microorganismo vivo na mesma posição, ela por si só não permite acompanhar o desenvolvimento de reações bioquímicas. Para tanto deve-se usar a espectroscopia. “Técnicas de espectroscopias ópticas com resolução sub-micrométrica são especificamente adequadas para esse tipo de necessidade”, diz o professor Lenz, que complementa: “Então decidimos equipar o sistema de pinças ópticas com sistema de micro-espectroscopia, o que nos permite manipular os micro-organismos vivos e observar as modificações químicas que neles se processam. Para tanto, utilizamos várias técnicas espectroscópicas. O trabalho premiado envolveu a utilização de dessas várias técnicas em um único sistema de microscopia”.

Nas técnicas de espectroscopia de fluorescência utilizadas, introduziu-se também uma inovação. Usualmente essa técnica envolve a marcação de determinadas proteínas ou grupos orgânicos com marcadores fluorescente bem conhecidos e a observação da luz emitida por eles. No sistema montado, os marcadores convencionais foram substituídos por quantum dots, ou pontos quânticos, que são nanopartículas de semicondutores, cujos níveis de energia associados, e portanto cores, dependem fundamentalmente do tamanho e do tipo de material utilizado.

A maior vantagem dos quantum dots em relação aos marcadores convencionais é que sua fluorescência mantém-se por longo tempo, contrastando com os poucos minutos dos corantes orgânicos. Além disso, apresentam citotoxidade muito menor e podem ser excitados em uma vasta gama de comprimentos de onda, gerando cores diferentes e que facilitam o acompanhamento dos processos. O professor Lenz esclarece que “no trabalho premiado apresentamos resultados com células marcadas com quantum dots produzidos e funcionalizados no Brasil”. A funcionalidade consiste em agregar-lhes determinadas moléculas que os tornam seletivos em relação a algumas substâncias ou grupos funcionais que serão estudados.

Outra inovação introduzida na excitação multifóton do sistema, explica Lenz, foi a utilização de lasers com pulsos ultracurtos que, além de resolver uma série de problemas observados na microscopia, permite a reconstrução da imagem em três dimensões e a obtenção de detalhes microscópicos. Atualmente o sistema de microscopia confocal multifóton é oferecido por uma única empresa. “Nosso sistema confocal multifóton, montado pelo próprio grupo, embora não ofereça a facilidade de uso e limites de resolução de um equipamento comercial, tem a grande vantagem de integração com a pinça óptica, que permite estudar fenômenos bioquímicos dinamicamente e controlar o ambiente em torno de microorganismos vivos”.

O professor Lenz conclui: “A integração de todas essa técnica com a pinça óptica permite a manipulação e observação simultânea de processos bioquímicos intracelulares. Disparada uma reação podemos acompanhar sua evolução através das espectroscopias. Além disso, pode-se utilizar métodos de medidas de grandeza mecânicas como forças, elasticidades, viscosidades, através das pinças ópticas”.