Los científicos de National Synchrotron Light Source II (NSLS-II), una instalación para usuarios de la Oficina de Ciencias del Departamento de Energía de EE. UU. En el Laboratorio Nacional de Brookhaven del DOE, han utilizado rayos X ultrabrillantes para obtener imágenes de bacterias individuales con una resolución espacial más alta que nunca. . Su trabajo, publicado en Informes científicos , demuestra una técnica de imágenes de rayos X, llamada microscopía de fluorescencia de rayos X (XRF), como un método eficaz para producir imágenes tridimensionales de pequeñas muestras biológicas.

"Por primera vez, Usamos XRF a nanoescala para obtener imágenes de bacterias hasta la resolución de una membrana celular, "dijo Lisa Miller, científico de NSLS-II y coautor del artículo. "La obtención de imágenes de las células a nivel de la membrana es fundamental para comprender el papel de la célula en diversas enfermedades y desarrollar tratamientos médicos avanzados".

La resolución récord de las imágenes de rayos X fue posible gracias a las capacidades avanzadas de la línea de luz Hard X-ray Nanoprobe (HXN), una estación experimental en NSLS-II con una óptica de nanofoco novedosa y una estabilidad excepcional.

"HXN es la primera línea de rayos XRF que genera una imagen 3D con este tipo de resolución, "Dijo Miller.

Mientras que otras técnicas de imagen, como microscopía electrónica, Puede obtener imágenes de la estructura de una membrana celular con una resolución muy alta, estas técnicas no pueden proporcionar información química sobre la célula. En HXN, los investigadores pudieron producir mapas químicos en 3-D de sus muestras, identificar dónde se encuentran los oligoelementos en toda la célula.

"En HXN, tomamos una imagen de una muestra en un ángulo, rotar la muestra al siguiente ángulo, toma otra imagen, etcétera, "dijo Tiffany Victor, autor principal del estudio y científico de NSLS-II. "Cada imagen muestra el perfil químico de la muestra en esa orientación. Luego, podemos fusionar esos perfiles para crear una imagen tridimensional ".

Miller agregado, "Obtener una imagen XRF 3-D es como comparar una radiografía normal que puede obtener en el consultorio del médico con una tomografía computarizada".

Las imágenes producidas por HXN revelaron que dos oligoelementos, calcio y zinc, tenía distribuciones espaciales únicas en la célula bacteriana.

"Creemos que el zinc está asociado con los ribosomas en las bacterias, "Víctor dijo." Las bacterias no tienen muchos orgánulos celulares, a diferencia de una célula eucariota (compleja) que tiene mitocondrias, un núcleo, y muchos otros orgánulos. Entonces, no es la muestra más interesante para la imagen, pero es un sistema de modelo agradable que demuestra la técnica de imagen de manera excelente ".

Yong Chu, quién es el científico principal de la línea de luz en HXN, dice que la técnica de imagen también es aplicable a muchas otras áreas de investigación.

"Esta técnica de nanotomografía de fluorescencia o de imágenes químicas en 3D está ganando popularidad en otros campos científicos, "Chu dijo". Por ejemplo, podemos visualizar cómo se transforma la estructura interna de una batería mientras se carga y descarga ".

Además de romper las barreras técnicas en la resolución de imágenes de rayos X con esta técnica, los investigadores desarrollaron un nuevo método para obtener imágenes de las bacterias a temperatura ambiente durante las mediciones de rayos X.

"Idealmente, Las imágenes XRF deben realizarse en muestras biológicas congeladas que se crioconservan para evitar daños por radiación y para obtener una comprensión más fisiológicamente relevante de los procesos celulares. ", Dijo Víctor." Debido a las limitaciones de espacio en la cámara de muestras de HXN, no pudimos estudiar la muestra con un criotaje. En lugar de, incrustamos las células en pequeños cristales de cloruro de sodio y obtuvimos imágenes de las células a temperatura ambiente. Los cristales de cloruro de sodio mantuvieron la forma de varilla de las células, y facilitaron la localización de las celdas, reduciendo el tiempo de ejecución de nuestros experimentos ".

Los investigadores dicen que al demostrar la eficacia de la técnica de imágenes de rayos X, así como el método de preparación de la muestra, fue el primer paso en un proyecto más grande para obtener imágenes de oligoelementos en otras células biológicas a nanoescala. El equipo está particularmente interesado en el papel del cobre en la muerte neuronal en la enfermedad de Alzheimer.

"Oligoelementos como el hierro, cobre, y el zinc son nutricionalmente esenciales, pero también pueden influir en la enfermedad, ", Dijo Miller." Buscamos comprender la ubicación subcelular y la función de las proteínas que contienen metales en el proceso de la enfermedad para ayudar a desarrollar terapias efectivas ".