(PhysOrg.com) - Usando la nueva técnica, los investigadores pudieron identificar la morfología y la estructura tridimensional de los orgánulos celulares, incluyendo la pared celular, vacuola retículo endoplásmico, mitrocondria gránulos y nucleolo.

Las imágenes tridimensionales están ampliando drásticamente la capacidad de los investigadores para examinar muestras biológicas, permitiendo echar un vistazo a sus estructuras internas. Y los avances recientes en los métodos de difracción de rayos X han ayudado a ampliar el límite de este enfoque.

Si bien se ha logrado un progreso significativo en microscopía óptica para romper la barrera de difracción, tales técnicas se basan en tecnologías de etiquetado fluorescente, que prohíben la obtención de imágenes cuantitativas en 3-D de todo el contenido de las células. La microscopía crioelectrónica puede obtener imágenes de estructuras a una resolución de 3 a 5 nanómetros, pero esto solo funciona con muestras delgadas o seccionadas.

Y aunque la cristalografía de proteínas de rayos X es actualmente el método principal utilizado para determinar la estructura tridimensional de las moléculas de proteínas, muchas muestras biológicas, como células completas, orgánulos celulares, algunos virus y muchas moléculas de proteínas importantes - son difíciles o imposibles de cristalizar, haciendo inaccesibles sus estructuras. Superar estas limitaciones requiere el empleo de diferentes técnicas.

Ahora, en un artículo publicado hoy en procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias , Los investigadores de UCLA y sus colaboradores demuestran el uso de un microscopio de difracción de rayos X único que les permitió revelar la estructura interna de las esporas de levadura. El equipo informa la imagen cuantitativa en 3-D de un todo, Célula sin teñir con una resolución de 50 a 60 nanómetros utilizando microscopía de difracción de rayos X, también conocido como imágenes sin lentes.

Los investigadores identificaron la morfología y la estructura tridimensional de los orgánulos celulares, incluyendo la pared celular, vacuola retículo endoplásmico, mitrocondria gránulos y nucleolo. El trabajo puede abrir una puerta para identificar las moléculas de proteína individuales dentro de células completas utilizando tecnologías de etiquetado.

Los autores principales del artículo son Huaidong Jiang, un investigador asistente de UCLA en física y astronomía, y John Miao, profesor de física y astronomía de UCLA. El trabajo es la culminación de una colaboración iniciada hace tres años con Fuyu Tamanoi, Profesor de microbiología de UCLA, inmunología y genética molecular. Miao y Tamanoi son investigadores del California NanoSystems Institute de UCLA. Otros colaboradores incluyen equipos en Riken Spring 8 en Japón y el Instituto de Física, Academia Sínica, en Taiwan.

"Esta es la primera vez que las personas han podido echar un vistazo a la estructura interna tridimensional de un espécimen biológico, sin cortarlo en secciones, utilizando microscopía de difracción de rayos X, "Dijo Miao.

"Al evitar el uso de lentes de rayos X, la resolución de la microscopía de difracción de rayos X está limitada en última instancia por el daño por radiación a las muestras biológicas. Utilizando tecnologías criogénicas, Se deberían poder obtener imágenes tridimensionales de células biológicas completas con una resolución de 5 a 10 nanómetros, ", Dijo Miao." Nuestro trabajo por lo tanto allana el camino para la obtención de imágenes cuantitativas en 3-D de una amplia gama de muestras biológicas a resoluciones de escala nanométrica que son demasiado gruesas para la microscopía electrónica ".

Tamanoi preparó las muestras de esporas de levadura analizadas en este estudio. Las esporas son células especializadas que se forman cuando se colocan en condiciones de escasez de nutrientes. Las células utilizan esta estrategia de supervivencia para hacer frente a las duras condiciones.

"Los biólogos querían examinar las estructuras internas de la espora, pero los estudios microscópicos anteriores proporcionaron información solo sobre las características de la superficie. Estamos muy emocionados de poder ver la espora en 3-D ", Dijo Tamanoi. "Ahora podemos examinar la estructura de otras esporas, como las esporas de ántrax y muchas otras esporas de hongos. También es importante señalar que las esporas de levadura son de tamaño similar a muchos orgánulos intracelulares en células humanas. Estos se pueden examinar en el futuro ".

Desde su primera demostración experimental de Miao y colaboradores en 1999, La microscopía de difracción coherente se ha aplicado a la obtención de imágenes de una amplia gama de muestras biológicas y de ciencia de materiales, como nanopartículas, nanocristales, biomateriales, células, orgánulos celulares, virus y nanotubos de carbono mediante rayos X, instalaciones de electrones y láser en todo el mundo. Hasta ahora, sin embargo, El problema del daño por radiación y la dificultad de adquirir patrones de difracción 3D de alta calidad a partir de células completas individuales han impedido la obtención de imágenes 3D de alta resolución de células biológicas mediante difracción de rayos X con éxito.