ZAP // Stephen Gschmeissner; belchonock / Depositphotos
Célula óssea vista por microscópio eletrónico de transmissão; à direita, sobrepostas, manchas de café
Uma bebida comum nas nossas casas revelou ser um substituto eficaz e não tóxico dos produtos químicos perigosos tradicionalmente utilizados na imagiologia microscópica de alta resolução: o café.
Um novo estudo mostra que o café expresso vulgar pode corar amostras biológicas para microscopia eletrónica com uma clareza e detalhe comparáveis às soluções radioativas normalizadas da indústria.
A descoberta foi apresentada num artigo recentemente publicado na revista Methods.
Para compreender a magnitude desta descoberta, é necessário primeiro entender os desafios invisíveis da microscopia eletrónica, explica o PsyPost.
Os biólogos dependem de microscópios eletrónicos de transmissão, ou TEMpara visualizar as estruturas internas das células à escala nanométrica. Enquanto os microscópios óticos usam fotões para iluminar um objeto, os TEMs utilizam feixes de eletrões acelerados.
Esta diferença na fonte de iluminação permite uma ampliação muito superior. Contudo, apresenta um problema fundamental para a observação biológica. Os seres vivos são compostos principalmente por elementos químicos leves como o carbono, o hidrogénio, o oxigénio e o azoto.
Estes elementos leves não interagem fortemente com os feixes de eletrões. Quando um feixe de eletrões atravessa uma fatia de tecido biológico, os eletrões passam através dela sem serem desviados ou dispersos.
O resultado é uma imagem praticamente sem contrastetornando a maquinaria intrincada da célula invisível ao observador.
Durante décadas, a solução tem sido impregnar o tecido com metais pesados. Este processo é conhecido como coloração positiva. Os iões de metais pesados ligam-se a estruturas celulares, tais como membranas ou proteínas.
Quando o feixe de eletrões atinge estas áreas revestidas de metal, os eletrões são repelidos, o que cria zonas escuras na imagem finalenquanto as áreas não coradas permanecem claras. O contraste resultante permite aos investigadores mapear a geografia da célula.
O atual “padrão de excelência” para este processo é um produto químico chamado acetato de uraniloum sal derivado do urânio excecionalmente eficaz na ligação a lípidos e proteínas biológicos, que proporciona uma definição nítida às membranas celulares e ao ADN.
No entanto, o acetato de uranilo apresenta desvantagens graves. É altamente tóxico para os rins e quimicamente radioativo. A utilização de um material tão perigoso exige protocolos de segurança rigorosos, eliminação dispendiosa de resíduos e documentação regulamentar complexa, e alguns laboratórios estão mesmo totalmente proibidos de o possuir.
Consequentemente, a comunidade científica tem procurado uma alternativa “verde” que seja segura, barata e eficaz. Esta procura levou uma equipa de investigadores na Áustria até à sala de pausa da cozinha.
Claudia Mayrhoferespecialista em ultramicrotomia no Centro de Microscopia Eletrónica de Graz, liderou a investigação, em colaboração com colegas da Universidade Tecnológica de Graz e da Universidade de Innsbruck.
O seu trabalho centra-se na preparação física de amostrasque envolve o corte de tecidos em fatias mais finas do que um comprimento de onda de luz visível.
UM inspiração para o estudo surgiu de uma observação banal. Mayrhofer reparou que o café deixado numa chávena por demasiado tempo criava anéis persistentes difíceis de limpar. Formulou a hipótese de que os compostos responsáveis por estas manchas teimosas também poderiam ligar-se eficazmente aos tecidos biológicos.
“Tive a ideia de usar expresso como agente de coloração a partir das manchas circulares secas nas chávenas de café usadas”, disse Mayrhofer. “Os testes iniciais demonstraram que o café cora amostras biológicas e melhora os contrastes.”
Para testar esta hipótese de forma rigorosa, a equipa concebeu um estudo comparativo. Precisavam de ver como o café se comparava ao padrão radioativo do acetato de uranilo. Também o compararam com outros potenciais substitutos encontrados na literatura.
Os investigadores selecionaram o peixe-zebra como objeto biológicoe focaram-se especificamente nas mitocôndrias dentro das células do peixe. As mitocôndrias são ideais para este tipo de teste porque possuem membranas complexas de dupla camada.
Se uma coloração for eficaz, estas membranas surgem como linhas nítidas e distintas. Se a coloração for deficiente, as membranas parecem difusas ou misturam-se com o fundo. A equipa preparou uma solução forte de expresso utilizando grãos de Café robusta.
Também testaram uma solução de ácido clorogénico puro. Este ácido é um componente químico primário do café. Os investigadores suspeitavam que poderia ser o ingrediente ativo responsável pelo efeito de coloração.
Os resultados visuais foram imediatos e impressionantes. As amostras tratadas com a solução de expresso produziram imagens de alta qualidade. As membranas mitocondriais eram claramente visíveis e bem definidas.
Quando analisadas com um programa informático objetivo, a coloração de café teve um desempenho admirável. Mayrhofer observou o sucesso da bebida doméstica no comunicado de imprensa. “O expresso forneceu valores de contraste comparativamente muito bons, em alguns casos foram mesmo melhores do que com o acetato de uranilo”, explicou.
O estudo revelou que a coloração de café produziu um contraste que permitia uma diferenciação fácil das estruturas celulares. Não era meramente um substituto aceitável, mas uma alternativa competitiva.
O ácido clorogénico puro também teve um bom desempenho, confirmando que desempenha um papel importante no processo de ligação.
Os investigadores também tentaram usar um extrato de chá Oolong. Este tinha sido sugerido na literatura científica anterior como uma potencial coloração. No entanto, nesta comparação específica, o extrato de chá não conseguiu produzir imagens nítidas sem artefactos.
As implicações destas conclusões são económicas, bem como práticas. O acetato de uranilo é dispendioso de comprar e dispendioso de eliminar com segurança. O café está disponível em praticamente todas as mercearias por uma fração do custo.
Além disso, o café não representa qualquer risco para a saúde dos cientistas que o manuseiam. Não requer ventilação especial, blindagem contra radiação ou licenças governamentais. Simplifica consideravelmente o fluxo de trabalho do laboratório.
Há, naturalmente, ressalvas a esta investigação. O estudo centrou-se especificamente nas mitocôndrias do peixe-zebra. Os tecidos biológicos variam muito na sua composição química.
Apesar da necessidade de mais ensaios, o estudo representa uma mudança na forma como os cientistas abordam a preparação de amostras. Sugere que a resposta a problemas complexos de laboratório pode nem sempre residir em produtos químicos sintetizados. Por vezes, a solução está a ser preparada na cafeteira ao lado.