I ricercatori producono le mappe chimiche 3D di piccoli campioni biologici

Scienziati alla sorgente luminosa II (NSLS-II) del sincrotrone nazionale--un Dipartimento per l'energia di Stati Uniti l'ufficio (DOE) della funzione dell'utente di scienza al laboratorio nazionale del Brookhaven della DAINA--hanno usato i raggi x ultrabright ai singoli batteri di immagine con più alta risoluzione spaziale che mai prima. La loro opera, pubblicata nei rapporti scientifici, dimostra una tecnica di rappresentazione dei raggi x, chiamata microscopia di fluorescenza a raggi X (XRF), come efficace approccio per produrre le immagini 3-D di piccoli campioni biologici.

“Per il primissimo tempo, abbiamo usato il nanoscale XRF ai batteri di immagine giù alla risoluzione di una membrana cellulare,„ ha detto Lisa Miller, uno scienziato a NSLS-II e un co-author del documento. “Le celle della rappresentazione al livello della membrana è critiche per la comprensione del ruolo delle cellule in varie malattie e sviluppare i trattamenti medici avanzati.„

La risoluzione da primato delle immagini dei raggi x è stata permessa dalle capacità avanzate del beamline duro di Nanoprobe dei raggi x (HXN), di una stazione sperimentale a NSLS-II con le ottica nanofocusing del romanzo e della stabilità eccezionale.

“HXN è il primo beamline di XRF per generare un'immagine 3-D con questo genere di risoluzione,„ Miller ha detto.

Mentre altre tecniche di rappresentazione, quale microscopia elettronica, possono immagine la struttura di una membrana cellulare con molto di alta risoluzione, queste tecniche non possono fornire informazioni chimiche sulla cella. A HXN, i ricercatori potrebbero produrre le mappe chimiche 3-D dei loro campioni, identificanti dove i microelementi sono trovati in tutto la cella.

“a HXN, catturiamo un'immagine di un campione ad un angolo, giri il campione all'angolo seguente, catturi un'altra immagine, ecc,„ ha detto il vincitore di Tiffany, l'autore principale dello studio e uno scienziato a NSLS-II. “Ogni immagine mostra il profilo chimico del campione a quell'orientamento. Poi, possiamo fondere insieme quei profili per creare un'immagine 3-D.„

Miller ha aggiunto, “ottenendo un'immagine 3-D di XRF è come il paragone dei raggi x che regolari potete ottenere all'ambulatorio ad una scansione di CT.„

Le immagini hanno prodotto da HXN hanno rivelato che due microelementi, calcio e zinco, hanno avuti distribuzioni spaziali uniche nella cella batterica.

“Crediamo che lo zinco sia associato con i ribosomi nei batteri,„ Victor ha detto. “I batteri non hanno molti organelli cellulari, a differenza di una cella (complessa) eucariotica che ha i mitocondri, un nucleo e molti altri organelli. Così, non è il campione più emozionante all'immagine, ma è un sistema-modello piacevole che dimostra la tecnica di rappresentazione superbo.„

Yong CHU, che è lo scienziato di beamline del cavo a HXN, dice che la tecnica di rappresentazione è egualmente applicabile a molti altri campi di ricerca.

“Questa tecnica chimica 3-D di nanotomography della fluorescenza o della rappresentazione sta guadagnando la popolarità in altri campi scientifici,„ CHU ha detto. “Per esempio, possiamo visualizzare come la struttura interna di una batteria sta trasformando mentre sta caricare e scaricanda.„

Oltre a eliminare gli ostacoli tecnici su risoluzione della rappresentazione dei raggi x con questa tecnica, i ricercatori hanno messo a punto un nuovo metodo per la rappresentazione i batteri alla temperatura ambiente durante le misure dei raggi x.

“Nel migliore dei casi, la rappresentazione di XRF dovrebbe essere eseguita sui campioni biologici congelati che cryo-sono conservati per impedire il danno da radiazione e per ottenere una comprensione più fisiologicamente pertinente dei trattamenti cellulari,„ Victor ha detto. “A causa dei vincoli dello spazio nella camera del campione di HXN, non potevamo studiare il campione facendo uso di un cryostage. Invece, abbiamo incluso le celle nei piccoli cristalli del cloruro di sodio ed imaged le celle alla temperatura ambiente. I cristalli del cloruro di sodio hanno mantenuto la forma bastoncina bastoncino delle celle ed hanno reso le celle più facili individuare, diminuendo il tempo di esecuzione dei nostri esperimenti.„

I ricercatori dicono quello che dimostra l'efficacia della tecnica di rappresentazione dei raggi x come pure il metodo del preparato del campione, era il primo punto in un più grande progetto ai microelementi di immagine in altre celle biologiche al nanoscale. Il gruppo è particolarmente interessato nel ruolo del rame nella morte del neurone nel morbo di Alzheimer.

“I microelementi gradiscono il ferro, rame e lo zinco è nutrizionalmente essenziale, ma possono anche svolgere un ruolo nella malattia,„ Miller ha detto. “Stiamo cercando di capire la posizione e la funzione sottocellulari delle proteine contenente metallo nel trattamento di malattia per contribuire a sviluppare le efficaci terapie.„