Cada tecido do corpo humano contém fibras excepcionalmente pequenas que ajudam a coordenar a forma como os órgãos se movem, funcionam e se comunicam. As fibras musculares direcionam a força física, as fibras intestinais sustentam o movimento do sistema digestivo e as fibras cerebrais transportam 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 adequadamente.
Muitas doenças perturbam esta delicada rede. No cérebro, a perda de conectividade das fibras aparece em quase todos os distúrbios neurológicos, onde contribui para alterações na comunicação neural.
Embora essas estruturas microscópicas desempenhem papéis essenciais, há muito que 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 revelar microestrutura oculta
Uma equipe de pesquisa liderada por Marios Georgiadis, PhD, instrutor de neuroimagem, introduziu agora um método que torna visíveis esses difíceis padrões de fibras com clareza excepcional e a um custo relativamente baixo.
Sua estratégia, descrita Comunicação da naturezaconhecido como Imagem Computacional de Luz Dispersa (ComSLI). Ele pode revelar a orientação e a 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 Zeineh, MD, PhD, professor de radiologia, atuou como co-autor sênior com Miriam Menzel, ex-aluna visitante no laboratório de Zeineh.
“As informações sobre a estrutura do tecido estão sempre lá, escondidas à vista de todos”, disse Georgiadis. “O ComSLI nos dá uma maneira de analisar essas informações e mapeá-las.”
Como o ComSLI mapeia a orientação da fibra
As técnicas de imagem tradicionais apresentam limitações significativas. A ressonância magnética pode destacar grandes redes anatômicas, mas não consegue capturar pequenas estruturas celulares. As técnicas histológicas geralmente exigem colorações especiais, equipamentos de última geração e amostras cuidadosamente preservadas, e ainda têm dificuldade para delinear claramente os cruzamentos de fibras.
O ComSLI baseia-se num princípio físico fundamental: quando a luz encontra estruturas microscópicas, dispersa-se em diferentes direcções com base na sua orientação. Ao girar a fonte de luz e registrar como o sinal espalhado muda, os pesquisadores podem reconstruir a direção das fibras dentro de cada pixel de uma imagem.
O método requer apenas uma luz LED rotativa e uma câmera de microscópio, tornando a configuração mais acessível do que outros tipos de microscopia avançada. Depois de coletar as imagens, o software analisa padrões sutis na luz espalhada para criar mapas codificados por cores de orientação e densidade da fibra, conhecidos como distribuições de orientação de fibra informadas por microestrutura.
O ComSLI não está limitado pela preparação da amostra. Funciona com seções fixadas em formalina e embebidas em parafina (um padrão em hospitais e laboratórios de patologia), bem como lâminas recém-congeladas, coradas ou não coradas.
Os cientistas podem revisitar slides armazenados durante décadas, mesmo slides feitos para projetos não relacionados, permitindo novos insights estruturais sem alterar as amostras.
“É uma ferramenta que qualquer laboratório pode usar”, disse Zeyneh. “Você não precisa de preparação especial ou equipamento caro. O que mais me entusiasma é que esse método abre a porta para pessoas de pequenos laboratórios de pesquisa a laboratórios de patologia descobrirem novos insights a partir dos slides que já possuem.”
Mapeando microestrutura neural e doenças
Um dos principais objetivos da neurociência é mapear os caminhos microscópicos do cérebro com alta precisão. Usando o ComSLI, Georgiadis e colegas visualizaram seções inteiras do cérebro humano fixadas em formalina e embebidas em parafina e lâminas de tamanho padrão, que revelaram a estrutura detalhada das fibras em todo o tecido.
Eles também examinaram se essas fibras mudam em condições neurológicas como esclerose múltipla, leucoencefalopatia e doença de Alzheimer.
Um dos focos foi o hipocampo, uma região profunda do cérebro central para a formação e recuperação da memória e frequentemente afetada no início da neurodegeneração. Ao comparar secções do hipocampo de um paciente com doença de Alzheimer com uma amostra saudável, a equipa notou uma clara deterioração estrutural. Os cruzamentos de fibras que normalmente ajudam a conectar regiões do hipocampo foram bastante reduzidos, e uma via principal responsável por trazer sinais relacionados à memória para a região (a via perfurante) era pouco visível. Em contraste, o hipocampo saudável apresenta uma rede densa e interligada de fibras em toda a área. 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 secção cerebral feita em 1904. Mesmo nesta amostra centenária, o ComSLI identificou padrões complexos de fibras, permitindo aos cientistas estudar amostras históricas e explorar como as características estruturais evoluem ao longo das gerações de doenças.
Aplicações além do cérebro
Embora projetado principalmente para pesquisas cerebrais, o ComSLI também funciona bem em outros tecidos. A equipe utilizou-o para estudar amostras musculares, ósseas e vasculares, cada uma revelando arranjos únicos de fibras ligados à sua função biológica.
Nos músculos da língua, o método destaca adaptações de fibras em camadas associadas ao movimento e à flexibilidade. No osso, captura fibras de colágeno que se alinham com o estresse mecânico. Nas artérias, apresenta camadas alternadas de colágeno e elastina que sustentam força e elasticidade.
Esta capacidade de mapear a orientação das fibras entre espécies, órgãos e espécimes de arquivo pode mudar significativamente a forma como os cientistas investigam a estrutura e a função. Isto significa que milhões de slides armazenados em todo o mundo podem conter informações microestruturais redundantes.
“Desde que introduzimos este método, já houve vários pedidos para digitalizar amostras e replicar a configuração do ComSLI – muitos laboratórios e clínicas querem orientação de fibra com resolução micron e microconexões em seus departamentos de histologia”, diz Georgiadis. “Outro plano interessante é voltar a arquivos cerebrais bem caracterizados ou seções cerebrais de pessoas famosas e recuperar esses dados de microconectividade, revelando ‘segredos’ há muito considerados perdidos. Essa é a beleza do ComSLI.”
