O Dr. Masayasu Taki está trabalhando no desenvolvimento de sondas com base em novos corantes fluorescentes e fluorescência de infravermelho próximo (Near-infrared, NIR) para elucidar um fenômeno biológico que era impossível de visualizar. Nesta entrevista, indagamos o Dr. Taki sobre o que motiva o trabalho dele no desenvolvimento de sondas, como o sistema FV3000 Red ajuda a solucionar os problemas enfrentados no processo de desenvolvimento de sondas e o que o futuro reserva para a área de formação de imagem com NIR.
Sobre o professor adjunto Dr. Masayasu Taki
O Dr. Taki tem um PhD em engenharia pela Universidade de Osaka e é professor adjunto no Instituto de Biomoléculas Transformadoras (Institute of Transformative Bio-Molecules, ITbM) na Universidade de Nagoya.
O Dr. Taki tem interesse em pesquisas nas áreas de biologia química, mais especificamente no desenvolvimento de ferramentas químicas sintéticas para a visualização de biomoléculas específicas e de fenômenos biológicos usando um microscópio de fluorescência. Ele já publicou vários artigos sobre a formação de imagem com intervalo de tempo longo usando fluorescência de NIR e a detecção de íons intracelulares.
P. Qual o foco atual da sua pesquisa?
Dr. Taki: a principal linha de pesquisa que eu e minha equipe estudamos é o desenvolvimento de corantes fluorescentes para a formação de imagem de organelas e o desenvolvimento de sondas fluorescentes com base nesses corantes.
Acredito que os termos “corantes fluorescentes” e “sondas fluorescentes” têm significados ligeiramente diferentes. Os corantes fluorescentes são basicamente elementos que brilham continuamente, enquanto as sondas fluorescentes mudam sua fluorescência em resposta a um estímulo. Desenvolvemos corantes fluorescentes que resultaram no desenvolvimento de sondas capazes de perceber eventos que ocorrem dentro de células.
| No momento, nosso interesse está voltado para os lipídeos que compõem a organela. Recentemente, relatamos o desenvolvimento de uma sonda capaz de visualizar o metabolismo de ácidos graxos e sua aplicação na formação de imagem. Embora as proteínas fluorescentes sejam capazes de marcar proteínas da membrana, elas não conseguem marcar a própria membrana lipídica. Realizo essa pesquisa de corantes fluorescentes orgânicos pois acredito ser possível utilizar seus pontos fortes nessa situação. Além disso, também desenvolvemos corantes e sondas fluorescentes para usar com infravermelho próximo. É difícil fazer a formação de imagem com NIR usando proteínas fluorescentes, havendo espaço para obter ajuda das moléculas fluorescentes. |   |
P. Qual o motivo do seu foco no desenvolvimento de corantes e sondas fluorescentes?
Dr. Taki: as proteínas fluorescentes são uma ferramenta poderosa nas imagens de fluorescência. No entanto, como falei anteriormente, não é possível observar diretamente a dinâmica de lipídeos e glicanos usando proteínas fluorescentes. Outro problema é que as proteínas fluorescentes apresentam uma tendência de fácil dissipação, sendo difícil manter a observação por uma longa duração.
Inicialmente, comecei a me interessar pela formação de imagem enquanto estudava na Northwestern University nos EUA. Lá, os colaboradores do laboratório estavam sintetizando sondas fluorescentes no laboratório do Prof. Thomas V. O'Halloran. Observar as moléculas brilhando dentro das células era algo tão belo e fascinante que tomei a liberdade de alterar o tema da minha pesquisa enquanto o professor tirava férias.
Desde então, não parei de desenvolver corantes e sondas fluorescentes. Por algum tempo, fiz pesquisas com formação de imagem sobre biometais, mas quando comecei a trabalhar na Universidade de Nagoya, comecei a pensar o que poderia fazer exclusivamente com moléculas e cheguei ao meu trabalho atual de observação da dinâmica de lipídeos e formação de imagem com NIR.
P. Como o sistema FV3000 Red ajuda na realização dos seus experimentos?
Dr. Taki: um dos fluorocromos de NIR que desenvolvemos é o PREX710, que apresenta um pico de fluorescência a 740 nm. A sensibilidade do detector de tubos fotomultiplicadores GaAsP usado em microscópios confocais comuns cai drasticamente após 750 nm. O detector é suficientemente claro para a observação com fluorescência comum, mas não é eficaz para fluorocromos de NIR. No entanto, ao usar o detector de tubos fotomultiplicadores GaAs do FV3000 Red, é possível observar corantes fluorescentes de NIR que eram difíceis de visualizar. Isso foi uma excelente surpresa. Agora, estou revisando meus experimentos pois consigo observar alguns detalhes que tinha desistido de tentar visualizar antes de usar o sistema FV3000 Red.
Uma das vantagens de usar a solução de NIR FV3000 Red é a capacidade de aumentar o número de canais de observação na região do infravermelho próximo. O corante fluorescente para infravermelho próximo que estamos desenvolvendo pode ser usado com rodamina de silício (Silicon rodhamine, SiR). Estamos falando de compostos químicos que apresentam excelente velocidade de iluminação e baixo dano celular decorrente da irradiação da luz, viabilizando a observação de contatos de organelas por um longo período de tempo. A correção de desvio Z TruFocus™ do sistema FV3000 Red é crucial, especialmente se a observação durar várias horas. A combinação de laser, sensibilidade de detecção e correção de desvio Z do sistema FV3000 Red é muito útil.
Formação de imagem multicor de microtúbulos e retículo endoplasmático
P. Qual sua visão sobre o futuro da formação de imagem com NIR?
Dr. Taki: acredito que a maioria dos pesquisadores que trabalham com formação de imagem usando NIR estão fazendo o uso da ferramenta para observação biológica profunda. Obviamente, é importante demonstrar a utilidade da formação de imagem em profundidade, porém, particularmente, eu gostaria de desenvolver linhas de pesquisa focadas em formação de imagem celular. Fototoxicidade, enfraquecimento da fluorescência e autofluorescência são alguns dos desafios enfrentados na formação de imagem de células, e os fluorocromos de NIR como o PREX710 podem superar esses desafios. Se desenvolvermos um corante fluorescente compatível com o laser de 785 nm do sistema FV3000 Red, será possível fazer observações multicor com infravermelho próximo.
No entanto, o rendimento quântico de fluorescência de corantes fluorescentes para infravermelho próximo não é muito alto e o principal problema está na baixa luminância da emissão. Uma luminância baixa significa que é necessário ter um laser de excitação mais poderoso, o que aumenta a quantidade de espécies reativas do oxigênio (ERO) e os danos celulares. Isso reduz pela metade a eficácia do uso de luz no infravermelho próximo.
Gostaria de garantir que eles não brilhem e, enquanto supero esse problema, também gostaria de desenvolver moléculas e criar algo que pesquisadores em todo o mundo queiram usar. Além disso, ainda não existe uma sonda para a observação da dinâmica de lipídeos compatível com NIR, então eu gostaria de liderar a iniciativa global para o desenvolvimento disso. Se desenvolvermos sondas e corantes fluorescentes de alto nível e acumularmos exemplos de formação de imagem com NIR em nível celular, mais pesquisadores farão uso dessa ferramenta. Eu gostaria de contribuir para o avanço das ciências da vida sob o ponto de vista química.
Soluções de infravermelho próximo (NIR) para microscopia confocal
O sistema FV3000 Red amplia as capacidades de detecção de comprimento de onda do microscópio FV3000 para a região de NIR. Ao atualizar cada módulo de formação de imagem para detecção por NIR, incluindo o laser, o conjunto óptico, a lente objetiva e o detector, o sistema FV3000 Red oferece uma solução especializada para uma formação de imagem multicor mais sensível e exata por NIR.
Saiba mais sobre nossas soluções de NIR
Referências
- A negative-solvatochromic fluorescent probe for visualizing intracellular distributions of fatty acid metabolites
K. Kajiwara, H. Osaki, S. Greßies, K. Kuwata, J-H. Kim, T. Gensch, Y. Sato, F. Glorius, S. Yamaguchi, M. Taki Nat. Commun., 13, 2533 (2022). - Late-stage Functionalisation of Alkyne-modified Phospha-Xanthene Dyes: Lysosomal Imaging Using an OFF-ON-OFF Type of pH Probe
H. Ogasawara, Y. Tanaka, M. Taki, S. Yamaguchi
Chem. Sci., 12, 7902-7907 (2021). - A Highly Photostable Near-Infrared Labeling Agent Based on a Phospha-rhodamine for Long-Term and Deep Imaging
M. Grzybowski, M. Taki, K. Senda, Y. Sato, T. Ariyoshi, Y. Okada, R. Kawakami, T. Imamura, S. Yamaguchi Angew. Chem. Int. Ed., 57, 10137-10141 (2018). - A Highly Photostable Near-Infrared Labeling Agent Based on a Phospha-rhodamine for Long-Term and Deep Imaging
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