Ученые открывают новые горизонты криогенной микроскопии

7 июня 2023 г.

Эта статья была проверена в соответствии с редакционным процессом и политикой Science X. Редакторы выделили следующие атрибуты, гарантируя при этом достоверность контента:

проверенный фактами

рецензируемое издание

надежный источник

корректура

Сандрин Перруд, Федеральная политехническая школа Лозанны

Ученые EPFL разработали новый исследовательский инструмент для наблюдения за образцами биологических тканей, приготовленными с использованием метода, открытого около сорока лет назад лауреатом Нобелевской премии Жаком Дюбоше, почетным профессором Лозаннского университета. Их инструмент — единственный в своем роде в мире — открывает многообещающие новые направления исследований.

Профессору Андерсу Мейбому и его исследовательской группе потребовалось почти 10 лет и несколько прототипов, прежде чем они наконец сделали это. Теперь им удалось улучшить метод анализа, известный как наномасштабная масс-спектрометрия вторичных ионов (NanoSIMS), создав машину CryoNanoSIMS — инструмент, который может анализировать химический и изотопный состав остеклованных образцов тканей.

Используемый ими процесс подготовки проб был разработан в 1980-х годах известным биофизиком Во Жаком Дюбоше, получившим Нобелевскую премию по химии 2017 года за этот прорыв. Этот процесс, который лежит в основе современной криогенной электронной микроскопии, сохраняет все компоненты биологического образца в их наиболее первозданном посмертном состоянии. Машина CryoNanoSIMS исследовательской группы и ее потенциальные преимущества описаны в статье, опубликованной в BMC Biology.

«Теперь мы можем генерировать изображения того, где именно в образце клетки или ткани хранится или используется определенное питательное вещество, или где данное лекарство попадает или не попадает. Другого способа получить эту информацию нет», — говорит Мейбом. , который возглавляет лабораторию биологической геохимии в Школе архитектуры, гражданского строительства и экологической инженерии EPFL, а также является профессором Лозаннского университета (UNIL).

С помощью машины CryoNanoSIMS ученые могут брать криогенно подготовленные образцы биологических тканей, в которых ни одна молекула не была потеряна или даже смещена, и непосредственно наблюдать точное внутриклеточное распределение соединений, необходимых, например, для лечения бактериальных инфекций и рака. Ученые также могут использовать машину для визуализации распределения микроэлементов в тканях растений, что критически важно для улучшения роста растений и урожайности, а также для отслеживания загрязнителей окружающей среды в почве и биопленках. И все это можно сделать с субклеточным пространственным разрешением. «Наш инструмент CryoNanoSIMS открывает совершенно новые возможности для исследований», — говорит Мейбом.

«В моей лаборатории мы полным ходом разрабатываем интенсивную программу исследований этой уникальной возможности». Лаборатория Meibom CryoNanoSIMS расположена в UNIL, где она является частью Центра расширенного анализа поверхности, консорциума лабораторий UNIL и EPFL, которые используют самое современное оборудование для проведения элементного и изотопного анализа поверхности для широкого спектра тем исследований, простирающихся от геологии до биологии. Комментируя новый прибор, Дюбоше называет его «важным расширением области биологической химии».

Технология NanoSIMS уже произвела революцию в области визуализации, когда она была представлена ​​около 20 лет назад. Он предполагает направление пучка ионов на образец и получение изображений с разрешением 100 нм. Но все связанные с этим методы подготовки проб приводят к некоторой степени искажения морфологии тканей и потере растворимых соединений. Чтобы преодолеть эти препятствия, Мейбом и его команда разработали криогенный процесс подготовки образцов и добавили в машину NanoSIMS новые физические компоненты, в том числе резервуар с жидким азотом, чтобы она могла вмещать криогенные образцы.