Sensores fluorescentes, que podem ser usados ​​para rotular e criar imagens de uma ampla variedade de molanãculas, oferecem uma visão única do interior das células vivas. No entanto, eles normalmente são podem ser usados ​​em células cultivadas em uma placa de laboratório ou em tecidos pra³ximos a superfÍcie do corpo, porque seu sinal éperdido quando são implantados muito profundamente.

Os engenheiros do MIT agora encontraram uma maneira de superar essa limitação. Usando uma nova técnica fota´nica que eles desenvolveram para excitar qualquer sensor fluorescente, eles conseguiram melhorar drasticamente o sinal fluorescente. Com essa abordagem, os pesquisadores mostraram que poderiam implantar sensores com até5,5 centa­metros de profundidade no tecido e ainda obter um sinal forte.

Esse tipo de tecnologia pode permitir que sensores fluorescentes sejam usados ​​para rastrear moléculas especa­ficas dentro do cérebro ou outros tecidos nas profundezas do corpo, para diagnóstico médico ou monitoramento de efeitos de drogas, dizem os pesquisadores.

“Se vocêtem um sensor fluorescente que pode sondar informações bioquímicas em cultura de células ou em camadas finas de tecido, essa tecnologia permite traduzir todos esses corantes e sondas fluorescentes em tecido espesso”, diz Volodymyr Koman, pesquisador do MIT e um dos principais autores do novo estudo.

Naveed Bakh SM '15, PhD '20 também éum dos principais autores do artigo , que aparece hoje na Nature Nanotechnology . Michael Strano, professor de Engenharia Quí­mica da Carbon P. Dubbs no MIT, éo autor saªnior do estudo.

Os cientistas usam muitos tipos diferentes de sensores fluorescentes, incluindo pontos qua¢nticos, nanotubos de carbono e protea­nas fluorescentes, para rotular moléculas dentro das células. A fluorescaªncia desses sensores pode ser vista ao incidir luz laser sobre eles. No entanto, isso não funciona em tecidos espessos e densos ou profundamente no tecido, porque o pra³prio tecido também emite alguma luz fluorescente. Essa luz, chamada autofluorescaªncia, abafa o sinal vindo do sensor.

“Todos os tecidos autofluorescem, e isso se torna um fator limitante”, diz Koman. “Amedida que o sinal do sensor se torna cada vez mais fraco, ele éultrapassado pela autofluorescaªncia do tecido.”

Para superar essa limitação, a equipe do MIT surgiu com uma maneira de modular a frequência da luz fluorescente emitida pelo sensor para que possa ser mais facilmente distinguida da autofluorescaªncia do tecido. Sua técnica, que eles chamam de filtragem de frequência induzida por comprimento de onda (WIFF), usa três lasers para criar um feixe de laser com um comprimento de onda oscilante.

Quando este feixe oscilante incide sobre o sensor, faz com que a fluorescaªncia emitida pelo sensor dobre sua frequência. Isso permite que o sinal fluorescente seja facilmente selecionado da autofluorescaªncia de fundo. Usando esse sistema, os pesquisadores conseguiram aumentar a relação sinal-rua­do dos sensores em mais de 50 vezes.

Uma possí­vel aplicação para esse tipo de sensoriamento émonitorar a eficácia dos medicamentos quimiotera¡picos. Para demonstrar esse potencial, os pesquisadores se concentraram no glioblastoma, um tipo agressivo de câncer no cérebro. Os pacientes com esse tipo de câncer geralmente passam por cirurgia para remover o ma¡ximo possí­vel do tumor e, em seguida, recebem o medicamento quimiotera¡pico temozolomida (TMZ) para tentar eliminar quaisquer células cancera­genas remanescentes.

Este medicamento pode ter sanãrios efeitos colaterais e não funciona para todos os pacientes, por isso seria útil ter uma maneira de monitorar facilmente se estãofuncionando ou não, diz Strano.

“Estamos trabalhando em tecnologia para fazer pequenos sensores que possam ser implantados pra³ximo ao pra³prio tumor, o que pode dar uma indicação de quanto medicamento estãochegando ao tumor e se estãosendo metabolizado. Vocaª pode colocar um sensor perto do tumor e verificar de fora do corpo a eficácia da droga no ambiente real do tumor”, diz ele.

Quando a temozolomida entra no corpo, ela édividida em compostos menores, incluindo um conhecido como AIC. A equipe do MIT projetou um sensor que poderia detectar AIC e mostrou que eles poderiam implanta¡-lo a uma profundidade de 5,5 centa­metros dentro de um cérebro animal. Eles foram capazes de ler o sinal do sensor atémesmo atravanãs do cra¢nio do animal.

Esses sensores também podem ser projetados para detectar assinaturas moleculares de morte de células tumorais, como espanãcies de oxigaªnio de reação.

Além de detectar a atividade da TMZ, os pesquisadores demonstraram que poderiam usar o WIFF para melhorar o sinal de uma variedade de outros sensores, incluindo sensores baseados em nanotubos de carbono que o laboratório de Strano desenvolveu anteriormente para detectar pera³xido de hidrogaªnio, riboflavina e a¡cido asca³rbico.

“A técnica funciona em qualquer comprimento de onda e pode ser usada para qualquer sensor fluorescente”, diz Strano. “Como vocêtem muito mais sinal agora, pode implantar um sensor em profundidades no tecido que não eram possa­veis antes.”

Para este estudo, os pesquisadores usaram três lasers juntos para criar o feixe de laser oscilante, mas em trabalhos futuros, eles esperam usar um laser ajusta¡vel para criar o sinal e melhorar ainda mais a técnica. Isso deve se tornar mais via¡vel a  medida que o prea§o dos lasers sintoniza¡veis ​​diminui e eles se tornam mais rápidos, dizem os pesquisadores.

Para ajudar a tornar os sensores fluorescentes mais fa¡ceis de usar em pacientes humanos, os pesquisadores estãotrabalhando em sensores biologicamente reabsorva­veis, para que não precisem ser removidos cirurgicamente.

A pesquisa foi financiada pelo Koch Institute for Integrative Cancer Research e pelo Dana-Farber/Harvard Cancer Center Bridge Project. O financiamento adicional foi fornecido pela Swiss National Science Foundation, a Japan Society for the Promotion of Science, a King Abdullah University of Science and Technology, o Zuckerman STEM Leadership Program, a Israeli Science Foundation e a Arnold and Mabel Beckman Foundation.