Cada tecido do corpo humano contém fibras excepcionalmente finas que ajudam a coordenar o movimento, o funcionamento e a comunicação dos órgãos. As fibras musculares direcionam a força física, as fibras intestinais mantêm o trato digestivo em movimento e as fibras cerebrais transmitem sinais elétricos que permitem que diferentes regiões troquem informações. Juntos, esses complexos sistemas de fibras ajudam a formar a estrutura de cada órgão e a mantê-los funcionando corretamente.
Muitas doenças perturbam estas redes delicadas. No cérebro, danos nas conexões das fibras são encontrados em quase todas as doenças neurológicas, onde contribuem para alterações na comunicação nervosa.
Embora essas estruturas microscópicas desempenhem um papel importante, há muito tempo são difíceis de estudar. Os pesquisadores têm lutado para determinar como as fibras são orientadas dentro dos tecidos, tornando difícil compreender completamente como elas mudam na saúde e na doença.
Um método simples para detectar microestrutura oculta
Uma equipe de pesquisa liderada por Marios Georgiadis, Ph.D., instrutor de neuroimagem, apresentou agora uma abordagem que torna visíveis esses padrões de fibras difíceis de ver com clareza excepcional e a um custo relativamente baixo.
Sua técnica descrita em Comunicações da naturezaconhecido como Imagem Computacional de Luz Dispersa (ComSLI). Ele pode revelar a orientação e organização das fibras teciduais com resolução micrométrica em praticamente qualquer lâmina histológica, independentemente de como ela foi corada ou preservada – mesmo que a lâmina tenha décadas.
Michael Zeine, MD, PhD, professor de radiologia, atuou como co-autor sênior com Miriam Menzel, PhD, ex-cientista visitante no laboratório Zeine.
“A informação sobre as estruturas dos tecidos sempre esteve lá, escondida à vista de todos”, disse Georgiadis. “O ComSLI apenas nos dá uma maneira de ver essas informações e exibi-las.”
Como o ComSLI exibe a orientação da fibra
As estratégias tradicionais de imagem têm limitações significativas. A ressonância magnética pode destacar grandes redes anatômicas, mas não consegue capturar pequenas estruturas celulares. Os métodos histológicos geralmente exigem colorações especiais, equipamentos de última geração e amostras cuidadosamente preservadas, e ainda não conseguem representar claramente a intersecção das fibras.
O ComSLI baseia-se num princípio físico básico: quando a luz encontra estruturas microscópicas, dispersa-se em diferentes direcções dependendo da sua orientação. Ao girar a fonte de luz e registrar como o sinal de dispersão muda, os pesquisadores podem reconstruir a direção das fibras em cada pixel da imagem.
O método requer apenas uma luz LED rotativa e uma câmera de microscópio, tornando a configuração acessível em comparação com outras formas de microscopia avançada. Depois que as imagens são coletadas, o software analisa as amostras frágeis em luz espalhada para criar mapas codificados por cores de orientação e densidade das fibras, conhecidos como distribuições de orientação de fibras baseadas em microestrutura.
O ComSLI não se limita à preparação de amostras. Funciona com cortes fixados em formalina e embebidos em parafina (padrão em hospitais e laboratórios de patologia), bem como lâminas recém-congeladas, coradas ou não coradas.
Os cientistas também podem revisitar slides originalmente criados para projetos não relacionados, mesmo aqueles que foram armazenados há décadas, permitindo novos insights estruturais sem alterar as amostras.
“É uma ferramenta que qualquer laboratório pode usar”, disse Zeyne. “Você não precisa de treinamento especial ou equipamento caro. O que mais me entusiasma é que essa abordagem abre a porta para qualquer pessoa, desde pequenos laboratórios de pesquisa até laboratórios de patologistas, descobrir novas ideias a partir dos slides que já possui.”
Mapeando microestrutura neural e doenças
O principal objetivo da neurociência é definir as vias microscópicas do cérebro com alta precisão. Usando o ComSLI, Georgiadis e colegas criaram imagens de seções completas do cérebro humano fixadas em formalina e embebidas em parafina e lâminas de tamanho padrão, revelando estruturas detalhadas de fibras em todo o tecido.
Eles também estudaram como essas fibras mudam em doenças neurológicas, como esclerose múltipla, leucoencefalopatia e doença de Alzheimer.
Um dos focos foi o hipocampo, uma parte profunda do cérebro que é central para a formação e recuperação da memória e é frequentemente afetada nos estágios iniciais da neurodegeneração. Comparando uma secção do hipocampo de um paciente com Alzheimer com uma amostra saudável, a equipa notou uma clara deterioração da estrutura. O cruzamento de fibras que normalmente ajudam a conectar áreas do hipocampo foi bastante reduzido, e a principal via responsável pela transmissão de sinais relacionados à memória para essa região (a via perfurante) era pouco visível. O hipocampo saudável, por outro lado, apresentava uma rede densa e interligada de fibras em toda a região. Com esses mapas detalhados, os pesquisadores podem ver como os circuitos de memória se rompem à medida que a doença progride.
Para testar os limites do método, os investigadores analisaram uma fatia do cérebro preparada em 1904. Mesmo nesta amostra centenária, o ComSLI revelou padrões complexos de fibras, permitindo aos cientistas estudar padrões históricos e investigar como as características estruturais se desenvolvem ao longo de gerações de doenças.
Além dos aplicativos cerebrais
Embora o ComSLI tenha sido desenvolvido inicialmente para estudar o cérebro, ele também funciona bem em outros tecidos. A equipe utilizou-o para estudar amostras de músculos, ossos e vasos sanguíneos, cada uma das quais revelou estruturas de fibras únicas associadas às suas funções biológicas.
Nos músculos da língua, este método revelou orientações de fibras em camadas relacionadas ao movimento e flexibilidade. No osso, captura fibras de colágeno, que ficam alinhadas sob impacto mecânico. Nas artérias, apresentou camadas alternadas de colágeno e elastina, que mantêm força e elasticidade.
Esta capacidade de mapear as orientações das fibras entre espécies, órgãos e espécimes de arquivo pode mudar significativamente a forma como os cientistas estudam a estrutura e a função. Isto também significa que milhões de lâminas armazenadas em todo o mundo podem conter informações microestruturais não utilizadas.
“Embora tenhamos acabado de introduzir o método, já existem vários pedidos para digitalizar amostras e replicar a configuração do ComSLI – muitos laboratórios e clínicas gostariam de ter orientação de fibra com resolução de mícron e microdivisão em suas seções histológicas”, disse Georgioudis. “Outro plano interessante é voltar a arquivos cerebrais bem caracterizados ou seções cerebrais de pessoas famosas e recuperar essas informações sobre microcomunicações, revelando ‘segredos’ que se pensava estarem perdidos há muito tempo. Essa é a beleza do ComSLI.”
