Les chercheurs produisent les plans 3D chimiques de petits échantillons biologiques

Scientifiques à la source lumineuse II (NSLS-II) de synchrotron national--un bureau de Département de l'énergie (DOE) des États-Unis d'installation d'usager de la Science au laboratoire national de Brookhaven de la DAINE--ont employé les rayons X ultrabright aux bactéries uniques d'image avec une résolution spatiale plus élevée que toujours avant. Leur travail, publié dans des états scientifiques, explique une technique d'imagerie de rayon X, la microscopie à fluorescence appelée de rayon X (XRF), comme approche efficace de produire des images à trois dimensions de petits échantillons biologiques.

« Pendant la toute première fois, nous avons employé le nanoscale XRF aux bactéries d'image vers le bas à la définition d'une membrane cellulaire, » a dit Lisa Miller, un scientifique à NSLS-II et un co-auteur du papier. Les « cellules de représentation au niveau de la membrane est critique pour comprendre le rôle des cellules dans maladies variées et développer des demandes de règlement médicales avancées. »

La définition record des images de rayon X a été rendue possible par les possibilités avancées du beamline dur de Nanoprobe de rayon X (HXN), d'une station expérimentale à NSLS-II avec des blocs optiques nanofocusing de roman et de la stabilité exceptionnelle.

« HXN est le premier beamline de XRF pour produire d'une image à trois dimensions avec ce genre de définition, » Miller a dit.

Tandis que d'autres techniques d'imagerie, telles que la microscopie électronique, peuvent image la structure d'une membrane cellulaire avec très de haute résolution, ces techniques ne peuvent pas fournir des informations chimiques sur la cellule. À HXN, les chercheurs pourraient produire les plans chimiques à trois dimensions de leurs échantillons, recensant où des oligoéléments sont trouvés dans toute la cellule.

« à HXN, nous prenons une image d'un échantillon à une cornière, tournez l'échantillon jusqu'à la prochaine cornière, prenez une autre image, et ainsi de suite, » a dit Tiffany Victor, auteur important de l'étude et un scientifique à NSLS-II. « Chaque image montre le profil chimique de l'échantillon à cette orientation. Puis, nous pouvons fusionner ces profils ensemble pour produire une image à trois dimensions. »

Miller a ajouté, « obtenant une image à trois dimensions de XRF est comme comparer un rayon X régulier que vous pouvez atteindre le cabinet médical à une tomodensitométrie. »

Les images ont produit par HXN ont indiqué que deux oligoéléments, calcium et zinc, ont eu de seules distributions spatiales dans la cellule bactérienne.

« Nous croyons que le zinc est associé aux ribosomes dans les bactéries, » Victor a dit. Les « bactéries n'ont pas beaucoup d'organelles cellulaires, à la différence d'une cellule (complexe) eucaryotique qui a des mitochondries, un noyau, et beaucoup d'autres organelles. Ainsi, ce n'est pas l'échantillon le plus passionnant à l'image, mais c'est un système modèle gentil qui explique la technique d'imagerie superbement. »

Yong Chu, qui est le scientifique de beamline de fil à HXN, dit que la technique d'imagerie s'applique également à beaucoup d'autres domaines de recherche.

« Cette technique chimique à trois dimensions de nanotomography de représentation ou de fluorescence gagne la popularité dans d'autres domaines scientifiques, » Chu a dit. « Par exemple, nous pouvons concevoir comment la structure interne d'une batterie transforme tandis qu'elle est chargée et rebutée. »

En plus de briser les entraves techniques sur la définition de représentation de rayon X avec cette technique, les chercheurs ont développé une méthode neuve pour la représentation les bactéries à la température ambiante pendant les mesures de rayon X.

« Dans le meilleur des cas, la représentation de XRF devrait être exécutée sur les échantillons biologiques gelés qui cryo-sont préservés pour éviter des dommages causés par les radiations et pour obtenir une compréhension plus physiologique appropriée des processus cellulaires, » Victor a dit. « À cause des contraintes de l'espace dans la chambre témoin de HXN, nous ne pouvions pas étudier l'échantillon utilisant un cryostage. Au lieu de cela, nous avons inclus les cellules dans de petits cristaux de chlorure de sodium et imagé les cellules à la température ambiante. Les cristaux de chlorure de sodium ont mis à jour la forme comme une tige des cellules, et ils ont facilité les cellules pour situer, réduisant le temps d'exécution de nos expériences. »

Les chercheurs disent cela qui explique l'efficacité de la technique d'imagerie de rayon X, ainsi que la méthode de préparation des échantillons, était la première étape dans un grand projet aux oligoéléments d'image en d'autres cellules biologiques au nanoscale. L'équipe est particulièrement intéressée par le rôle de l'en cuivre dans la mort de neurone dans la maladie d'Alzheimer.

Les « oligoéléments aiment le fer, cuivre, et le zinc sont nutritionnellement essentiel, mais ils peuvent également jouer un rôle dans la maladie, » Miller a dit. « Nous recherchons à comprendre l'emplacement et le fonctionnement sous-cellulaires des protéines métal-contenantes dans le procédé de la maladie pour aider à développer des traitements efficaces. »