Usando feixes de íons para melhorar a microscopia cerebral

Melhorar a forma como os cientistas podem ver as estruturas microscópicas do cérebro pode melhorar a nossa compreensão de uma série de doenças cerebrais, como a doença de Alzheimer ou a esclerose múltipla. Estudar essas doenças é desafiador e tem sido limitado pela precisão dos modelos disponíveis.

Para ver as menores partes das células, os cientistas costumam usar uma técnica chamada microscopia eletrônica. Historicamente, a microscopia eletrônica envolve a adição de produtos químicos e o corte físico do tecido. No entanto, esta abordagem pode alterar a aparência das células e estruturas, perturbando o seu estado natural, e pode limitar a resolução.

Um método alternativo, chamado tomografia crioeletrônica (cryo-ET), fornece imagens mais nítidas das menores partes do cérebro em um estado mais nativo, porém requer congelamento. O congelamento de amostras a temperaturas criogênicas deve ser feito com cuidado ou podem formar-se cristais de gelo, perturbando a anatomia nativa.

Mas uma nova pesquisa realizada por Benjamin Creekmore nos laboratórios de Yi-Wei Chang e Edward Lee na Universidade da Pensilvânia mostra uma nova técnica para estudar a ultraestrutura do cérebro humano. Eles apresentam suas pesquisas na 68ª Reunião Anual da Sociedade Biofísica, realizada de 10 a 14 de fevereiro de 2024 na Filadélfia, Pensilvânia.

Creekmore e colegas obtiveram tecido cerebral em autópsias, congelaram-no diretamente em grades especiais com etano líquido e usaram uma ferramenta poderosa chamada feixe de íons focado em plasma de xenônio (FIB) para cortar fatias finas para geração de imagens. Este método permitiu-lhes observar o tecido cerebral no seu estado quase natural, sem cortar com uma lâmina de faca, adicionar produtos químicos ou congelar mais lentamente, o que pode levar a alterações nas estruturas.

“A maneira mais comum de preservar o tecido no momento da autópsia é colocá-lo no freezer e usá-lo mais tarde. Mas deixá-lo congelar lentamente e depois aquecê-lo e congelá-lo novamente também perturba o tecido. As membranas quebram e você pode perder a arquitetura normal”, explicou Creekmore.

Uma parte surpreendente do novo método é que ele permite congelar com mais facilidade e rapidez amostras muito mais espessas – no passado, as amostras eram limitadas a 10 mícrons usando abordagens semelhantes. “Conseguimos congelar amostras de até 250 mícrons de espessura sem cristais de gelo”, disse Creekmore. O processo de preparação de amostras espessas para imagens de alta resolução é muito mais rápido do que com outras técnicas. Essa aceleração pode permitir a análise de uma gama mais ampla de amostras.

Ao aplicar esta abordagem ao tecido cerebral de indivíduos com doença de Alzheimer, eles foram capazes de observar estruturas intactas dentro das células, como fibrilas de tau, uma marca registrada da doença de Alzheimer, e componentes celulares que tentam quebrar essas fibrilas. A equipe também visualizou e mediu a mielina, uma bainha que é crítica para a função nervosa, mas que se rompe em certas doenças, como a esclerose múltipla.

“As técnicas de geração de imagens de tecidos humanos historicamente têm sido de resolução relativamente baixa e perturbam a arquitetura nativa. Queríamos tentar encontrar uma maneira de modelar e estudar doenças cerebrais em seu contexto natural”, disse Creekmore.

Seu método inovador fornece uma primeira visão do estado natural do tecido cerebral humano, oferecendo informações valiosas sobre sua anatomia com alto nível de detalhe. Este novo método pode começar a fornecer informações únicas para determinar os mecanismos causadores de uma ampla gama de doenças relacionadas ao cérebro.