A nova lanterna molecular é baseada em uma técnica chamada espectroscopia vibracional, que aproveita o efeito Raman – uma propriedade única da luz
Resumindo
Uma nova técnica de “lanterna molecular” permite que os pesquisadores monitorem as mudanças moleculares no cérebro de forma não invasiva usando uma fina sonda emissora de luz.
Esta ferramenta inovadora utiliza espectroscopia Raman para detectar alterações químicas causadas por tumores, lesões ou outras patologias sem alterar o cérebro de antemão.
Ao contrário dos métodos anteriores que exigem modificações genéticas, essa abordagem analisa o tecido cerebral natural com alta precisão, oferecendo um potencial significativo para diagnosticar e estudar doenças cerebrais.
Os desenvolvimentos futuros visam integrar a inteligência artificial para aumentar a precisão do diagnóstico e explorar diversas aplicações biomédicas.
Fatos Importantes
- Monitoramento não invasivo: A lanterna molecular usa espectroscopia Raman para detectar alterações cerebrais sem alterar o tecido.
- Diagnóstico Avançado: Identifica alterações moleculares em patologias como tumores e traumas com alta precisão.
- Integração de IA: A inteligência artificial pode aprimorar os marcadores de diagnóstico e classificar entidades patológicas.
Fonte: CSIC
O Estudo
Monitorar as alterações causadas no cérebro em nível molecular pelo câncer e outras patologias neurológicas de forma não invasiva é um dos grandes desafios da pesquisa biomédica.
Uma nova técnica, ainda em fase experimental, consegue isso introduzindo luz no cérebro de camundongos usando uma sonda muito fina.
A inovação, publicada hoje na revista Nature Methods, é liderada por uma equipe internacional que inclui grupos do Conselho Nacional de Pesquisa do Câncer (CSIC) e do Centro Nacional de Pesquisa do Câncer (CNIO).
Os autores referem-se à nova técnica como uma “lanterna molecular”, pois fornece informações sobre a composição química do tecido cerebral em resposta à luz. Isso permite a análise de alterações moleculares causadas por tumores, sejam eles primários ou metastáticos, e também por lesões como traumatismo craniano.
A lanterna molecular é uma sonda de menos de 1 mm de espessura, com uma ponta de apenas um milésimo de milímetro (um mícron), invisível a olho nu. Ele pode ser inserido profundamente no cérebro sem causar danos (por exemplo, um fio de cabelo humano mede entre 30 e 50 mícrons de diâmetro).
A sonda ainda não está pronta para uso em pacientes; Por enquanto, é principalmente uma ferramenta de pesquisa “promissora” em modelos animais que permite “monitorar alterações moleculares causadas por lesão cerebral traumática, bem como detectar marcadores diagnósticos de metástase cerebral com alta precisão”, explicam os autores do artigo.
O trabalho foi realizado pelo consórcio europeu NanoBright, do qual participam dois grupos espanhóis, o liderado por Liset Menéndez de la Prida no Laboratório de Circuitos Neuronais do Instituto Cajal do CSIC, e o Grupo de Metástases Cerebrais do CNIO dirigido por Manuel Valiente. Ambos estiveram envolvidos na pesquisa biomédica do NanoBright, enquanto grupos do Instituto Italiano de Tecnologia e instituições francesas, como o Laboratoire Kastler Brossel, desenvolveram a instrumentação.
Escaneando o cérebro com luz sem alterá-lo anteriormente
Ativar ou registrar a função cerebral usando luz não é novo. Por exemplo, a chamada técnica optogenética permite monitorar a atividade de neurônios individuais com luz. No entanto, isso requer a introdução de um gene nos neurônios que os torna sensíveis à luz.
Com a nova tecnologia agora apresentada pela NanoBright, é possível estudar o cérebro sem alterá-lo previamente, o que representa uma mudança de paradigma na pesquisa biomédica.
A nova lanterna molecular é baseada em uma técnica chamada espectroscopia vibracional, que aproveita o efeito Raman – uma propriedade única da luz.
“Quando a luz interage com as moléculas, ela se espalha de uma forma que depende de sua composição e estrutura química.
“Esse espalhamento produz um sinal distinto, ou espectro, que atua como uma impressão digital molecular, fornecendo informações detalhadas sobre a composição do tecido iluminado”, explica Liset M. de la Prida, do CSIC.
“Podemos ver qualquer mudança molecular produzida no cérebro por uma patologia ou lesão”
“Essa tecnologia nos permite estudar o cérebro em seu estado natural; não é necessário alterá-lo previamente.
“Mas também permite analisar qualquer tipo de estrutura cerebral, não apenas aquelas que foram geneticamente marcadas ou alteradas, como acontecia com as tecnologias usadas até agora.
“Com a espectroscopia vibracional podemos ver qualquer alteração molecular no cérebro quando há uma patologia”, explica Manuel Valiente, do CNIO.
A espectroscopia Raman já é utilizada em neurocirurgia, embora de forma invasiva e menos precisa.
“Houve estudos sobre seu uso ao operar tumores cerebrais em pacientes”, diz Valiente. Na sala de cirurgia, uma vez que a maior parte do tumor tenha sido removida cirurgicamente, é possível introduzir uma sonda de espectroscopia Raman para avaliar se as células cancerígenas permanecem na área.
“Ou seja, só é usado quando o cérebro já está aberto e o buraco é grande o suficiente. Mas essas ‘lanternas moleculares’ relativamente grandes são incompatíveis com o uso minimamente invasivo em modelos animais vivos”.
Para o grupo do CNIO, um dos objetivos agora é descobrir se a informação fornecida pela sonda permite “diferenciar diferentes entidades oncológicas, por exemplo, os tipos de metástases de acordo com os seus perfis mutacionais, pela sua origem primária ou de diferentes tipos de tumores cerebrais”.
Inteligência artificial para buscar marcadores de diagnóstico
O grupo do Instituto Cajal utilizou a técnica para investigar as zonas epileptogênicas ao redor das lesões cerebrais traumáticas.
“Conseguimos identificar diferentes perfis vibracionais nas mesmas regiões cerebrais suscetíveis a crises epilépticas, dependendo de sua associação com um tumor ou trauma.
“Isso sugere que as sombras moleculares dessas áreas são afetadas de maneira diferente e podem ser usadas para separar diferentes entidades patológicas por algoritmos de classificação automática, incluindo inteligência artificial”, explica Liset M. de la Prida.
“A integração da espectroscopia vibracional com outras modalidades de registro da atividade cerebral e análise computacional avançada com inteligência artificial nos permitirá identificar novos marcadores diagnósticos de alta precisão, o que facilitará o desenvolvimento de neurotecnologias avançadas para novas aplicações biomédicas”, resume o pesquisador do CSIC, Liset M. de la Prida.
Referência
Author: Pilar Quijada
Source: CSIC
Contact: Pilar Quijada – CSIC
Original Research: Closed access.
“Vibrational fiber photometry: label-free and reporter-free minimally invasive Raman spectroscopy deep in the mouse brain” by Liset Menéndez de la Prida et al. Nature Methods
