Diversas doenças interferem nessas redes delicadas. No cérebro, danos às conexões fibrosas são evidentes em quase todos os transtornos neurológicos, contribuindo para alterações na comunicação neural.

Embora essas estruturas microscópicas sejam essenciais, sua análise sempre foi desafiadora. Os pesquisadores enfrentaram dificuldades para determinar a orientação das fibras nos tecidos, o que dificultou a compreensão total de como elas se alteram em condições de saúde e doença.

Um Método Simples para Revelar Microestruturas Ocultas

Uma equipe de pesquisa liderada por Marios Georgiadis, PhD, instrutor em neuroimagem, apresentou uma abordagem que torna esses padrões fibrosos difíceis de ver visíveis com clareza excepcional e a um custo relativamente baixo.

Seu método, descrito na revista Nature Communications, é conhecido como imagem de luz difusa computacional (ComSLI). Essa técnica pode revelar a orientação e a organização das fibras nos tecidos com resolução em micrômetros em praticamente qualquer lâmina de histologia, independentemente do tipo de coloração ou preservação — mesmo se a lâmina for de várias décadas atrás.

Michael Zeineh, MD, PhD, professor de radiologia, atuou como co-autor sênior ao lado de Miriam Menzel, PhD, uma ex-bolsista visitante no laboratório de Zeineh.

“As informações sobre as estruturas dos tecidos sempre estiveram presentes, ocultas à vista de todos,” disse Georgiadis. “O ComSLI simplesmente nos fornece uma maneira de visualizar essas informações e mapeá-las.”

Como o ComSLI Mapeia a Orientação das Fibras

Técnicas tradicionais de imagem apresentam limitações significativas. A ressonância magnética pode destacar grandes redes anatômicas, mas não consegue capturar estruturas celulares minuciosas. Métodos de histologia frequentemente requerem corantes especializados, equipamentos caros e amostras cuidadosamente preservadas, e ainda assim têm dificuldades em representar claramente as interseções fibrosas.

O ComSLI baseia-se em um princípio físico básico: quando a luz atinge estruturas microscópicas, ela se dispersa em direções diferentes dependendo de sua orientação. Ao girar a fonte de luz e registrar como o sinal de dispersão muda, os pesquisadores conseguem reconstruir a direção das fibras em cada pixel da imagem.

O método exige apenas uma luz LED rotativa e uma câmera de microscópio, tornando a configuração acessível em comparação com outras formas de microscopia avançada. Após a coleta das imagens, um software analisa os padrões delicados na luz dispersada para gerar mapas codificados por cores da orientação e densidade das fibras, conhecidos como distribuições de orientação de fibras informadas pela microestrutura.

O ComSLI não se limita à preparação das amostras. Ele funciona com seções fixadas em formalina e embebidas em parafina (um padrão em hospitais e laboratórios de patologia), bem como lâminas frescas, manchadas ou não.

Cientistas também podem revisitar lâminas criadas originalmente para projetos não relacionados, mesmo aquelas armazenadas por décadas, permitindo novos insights estruturais sem alterar as amostras.

“Esta é uma ferramenta que qualquer laboratório pode usar,” disse Zeineh. “Você não precisa de preparação especializada ou equipamentos caros. O que mais me entusiasma é que essa abordagem abre portas para que qualquer um, desde pequenos laboratórios de pesquisa até laboratórios de patologia, descubra novas percepções a partir das lâminas que já possuem.”

Mapeando Microestruturas Neurais e Doenças

Um objetivo importante na neurociência tem sido traçar os caminhos microscópicos do cérebro com alta precisão. Usando o ComSLI, Georgiadis e seus colegas visualizaram seções fixadas em formalina e embebidas em parafina do cérebro humano e lâminas de tamanho padrão, revelando estruturas fibrosas detalhadas em todo o tecido.

Além disso, examinaram como 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, frequentemente afetada precocemente na neurodegeneração. Ao comparar uma seção do hipocampo de um paciente com a doença de Alzheimer a uma amostra saudável, a equipe observou uma clara deterioração estrutural. As interseções de fibras que normalmente ajudam a conectar regiões do hipocampo foram significativamente reduzidas, e uma via principal responsável por trazer sinais relacionados à memória para a região (a via perfurante) estava quase invisível. Em contraste, o hipocampo saudável exibia uma rede densa e interconectada de fibras em toda a área. Com esses mapas detalhados, os pesquisadores podem observar como os circuitos de memória entram em colapso à medida que a doença avança.

Para testar os limites do método, os pesquisadores analisaram uma seção do cérebro preparada em 1904. Mesmo nesta amostra centenária, o ComSLI identificou padrões fibrosos intrincados, permitindo que cientistas estudassem espécimes históricos e explorassem como as características estruturais evoluem ao longo das gerações de doenças.

Aplicações Além do Cérebro

Embora tenha sido projetado inicialmente para a pesquisa cerebral, o ComSLI também funciona bem em outros tecidos. A equipe usou a técnica para estudar músculo, osso e amostras vasculares, cada uma revelando arranjos fibrosos únicos ligados a suas funções biológicas.

No músculo da língua, o método destacou orientações de fibra em camadas relacionadas ao movimento e flexibilidade. Nos ossos, capturou fibras de colágeno que se alinham com o estresse mecânico. Nas artérias, mostrou camadas alternadas de colágeno e elastina que suportam tanto força quanto elasticidade.

Essa capacidade de mapear a orientação das fibras entre espécies, órgãos e espécimes arquivados pode mudar significativamente a forma como os cientistas investigam estrutura e função. Isso também significa que milhões de lâminas armazenadas ao redor do mundo podem conter informações microestruturais não exploradas.

“Embora tenhamos apresentado o método apenas agora, já existem múltiplos pedidos para escanear amostras e replicar a configuração do ComSLI — muitos laboratórios e clínicas gostariam de obter orientação fibrosa e micro-conectividade em suas seções de histologia,” disse Georgiadis. “Outro plano empolgante é voltar a arquivos bem caracterizados de cérebros ou seções cerebrais de pessoas famosas e recuperar essas informações de micro-conectividade, revelando ‘segredos’ que há muito considerados perdidos. Esta é a beleza do ComSLI.”