A técnica de imagem óptica revela a história glicêmica oculta para pesquisas sobre diabetes e câncer

Uma equipe de pesquisa interdisciplinar da Universidade Nacional de Taiwan (NTU), liderada pelo Prof. Chi-Kuang Sun e pelo Prof. Tzung-Dau Wang, revelou uma técnica de imagem óptica que permite a reconstrução dos padrões históricos de glicose no sangue de um indivíduo – informações que há muito estão fora do alcance da tecnologia médica atual.

Esta inovação tem um potencial transformador para a gestão da diabetes e a deteção precoce do cancro. O estudo foi publicado em Avanços da Ciência.

A variação glicémica, reflectida através de flutuações nos níveis de glicose no sangue, não é apenas uma métrica chave no tratamento preciso da diabetes, mas é cada vez mais reconhecida como um biomarcador para a detecção precoce e avaliação de risco de vários cancros, incluindo cancros pancreáticos e gástricos. No entanto, os sistemas de monitorização existentes, como a monitorização contínua da glicose (CGM), só podem captar a dinâmica da glicose a curto prazo, deixando o histórico glicémico passado indocumentado e inacessível para fins clínicos ou de investigação.

Reconhecendo que os glóbulos vermelhos circulantes (hemácias) têm expectativa de vida variável, a equipe de pesquisa descobriu que o conteúdo de hemoglobina glicada (HbA1c) nas hemácias mais jovens reflete os níveis recentes de glicose no sangue, enquanto o das hemácias mais velhas representa uma exposição glicêmica de longo prazo. Ao analisar a distribuição da HbA1c entre hemácias individuais, torna-se possível reconstruir retrospectivamente a trajetória glicêmica de uma pessoa ao longo de toda a vida útil de 120 dias das hemácias.

Para concretizar este conceito, a equipe desenvolveu um modelo teórico de glicação de hemácias que liga quantitativamente as alterações históricas da glicemia às distribuições de HbA1c unicelulares. Eles então traduziram esse modelo em prática, introduzindo uma técnica pioneira de imagem óptica: microscopia de geração de terceiro harmônico com resolução de cores (cTHGM).

cTHGM é uma tecnologia de imagem química sem rótulo e praticamente sem absorção, capaz de realizar análises moleculares de alta especificidade e alto rendimento em células vivas. Usando um laser sintonizável por comprimento de onda, auxiliado pelo ex-aluno da NTU, Tzu-Ming Liu, atualmente professor na Universidade de Macau, os pesquisadores demonstraram pela primeira vez em conjunto que uma mudança espectral sutil (~ 2 nm) na banda de absorção de Soret pode distinguir HbA1c da hemoglobina normal (Hb) através da geração de terceiro harmônico (THG) com ressonância aprimorada.

Com base neste princípio, a NTU desenvolveu o sistema cTHGM baseado em laser de femtosegundo de banda larga para capturar simultaneamente espectros THG de HbA1c e Hb dentro de hemácias individuais em uma configuração clínica de feixe único.

O estudo no hospital NTU demonstrou com sucesso que o cTHGM pode quantificar de forma não invasiva os níveis de HbA1c em hemácias únicas, tanto ex vivo quanto in vivo. Notavelmente, a distribuição de HbA1c medida em um paciente pré-clínico correspondeu de perto à simulação teórica, confirmando que o cTHGM pode reconstruir histórias glicêmicas pessoais.

“Se o monitoramento contínuo da glicose é como capturar um videoclipe de duas semanas de flutuações da glicose, nossa imagem cTHGM é semelhante à revisão de imagens de vigilância completas cobrindo uma vida inteira de 120 dias de hemácias”, disse Sun, professor de fotônica e optoeletrônica. “Essa capacidade muda fundamentalmente a forma como podemos estudar e monitorar a dinâmica glicêmica de longo prazo”, disse Wang, professor de medicina interna.

As implicações vão muito além do diabetes. Ao desbloquear o acesso à informação glicémica retrospectiva, o cTHGM abre novos caminhos para a investigação do cancro relacionado com o metabolismo, o rastreio precoce de doenças e aplicações biomédicas mais amplas sensíveis à cor.