No passado, muitas descobertas foram feitas porque métodos de medição melhores e mais precisos tornaram-se disponíveis, tornando possível obter dados de fenômenos até então inexplorados. Por exemplo, a microscopia de alta resolução começou a mudar dramaticamente nossas perspectivas da função e dinâmica celular. Pesquisadores do Cluster de Excelência ImmunoSensation2 da Universidade de Bonn, do Hospital Universitário e do centro de pesquisa caesar desenvolveram agora um método que permite o uso de imagens multifocais para reconstruir o movimento de processos biológicos rápidos em 3D.
Muitos processos biológicos acontecem em uma escala de nanômetro a milímetro e em milissegundos. Métodos estabelecidos, como microscopia confocal, são adequados para gravações 3D precisas, mas não possuem a resolução temporal ou espacial para resolver processos 3D rápidos e requerem amostras rotuladas. Para muitas investigações em biologia, a aquisição de imagens em altas taxas de quadros é essencial para registrar e compreender os princípios que governam as funções celulares ou o comportamento animal rápido. O desafio que os cientistas enfrentam pode ser comparado a seguir uma emocionante partida de tênis: às vezes, não é possível seguir a bola em movimento rápido com precisão ou a bola não é descoberta antes de já estar fora de campo.
Com os métodos anteriores, os pesquisadores não conseguiam rastrear a foto porque a imagem estava borrada ou o objeto de interesse simplesmente não estava mais no campo de visão depois que a foto foi tirada. Os métodos de imagem multifocal padrão permitem imagens 3D de alta velocidade, mas são limitados pelo compromisso entre a alta resolução e o grande campo de visão, e muitas vezes exigem etiquetas fluorescentes brilhantes.
Pela primeira vez, o método aqui descrito permite o uso de imagens multifocais com um grande campo de visão e uma alta resolução espaço-temporal. Neste estudo, os cientistas rastreiam o movimento de estruturas esféricas e filamentosas não rotuladas com rapidez e precisão.
Conforme descrito de forma impressionante no estudo, o novo método agora fornece uma nova visão sobre a dinâmica do espancamento do flagelo e sua conexão com o comportamento natatório dos espermatozoides. Essa conexão foi possível porque os pesquisadores foram capazes de registrar com precisão a batida flagelar de espermatozoides em natação livre em 3D por um longo período de tempo e, simultaneamente, acompanhar as trajetórias dos espermatozoides individuais. Além disso, os cientistas determinaram o fluxo de fluido 3D em torno do espermatozóide. Essas descobertas não apenas abrem a porta para a compreensão das causas da infertilidade, mas também podem ser usadas na chamada “biônica”, isto é, a transferência de princípios encontrados na natureza para aplicações técnicas.
Os pesquisadores do Cluster of Excellence ImmunoSensation2 já podem usar o novo método - e não apenas para observar os espermatozoides. Este método também pode ser usado para determinar os mapas de fluxo 3D que resultam do batimento dos cílios móveis. Os cílios móveis batem de maneira semelhante à cauda do esperma e ao fluido de transporte. O fluxo impulsionado pelos cílios desempenha um papel importante no ventrículo do cérebro ou nas vias aéreas, onde serve para transportar o muco para fora dos pulmões e para a garganta - é também assim que os patógenos são transportados para fora e afastados.
O conceito de imagem multifocal relatado neste estudo é econômico, pode ser facilmente implementado e não depende de rotulagem de objetos. Os pesquisadores afirmam que seu novo método pode encontrar seu caminho em outros campos também, e eles veem muitos outros potenciais aplicações.
