Neue Erkenntnisse: faszinierende Details von Zellen sichtbar gemacht durch innovative Röntgentechniken

BerlinWissenschaftler des Brookhaven National Laboratory des US-Energieministeriums haben eine neue Methode entwickelt, um Zellen detailliert zu betrachten, ohne sie zu beschädigen. Dabei kommen zwei Arten von Röntgentechniken zum Einsatz: Computertomographie (XCT) und Fluoreszenzmikroskopie (XRF).

Kernaussagen:

• Diese Methode erfasst die detaillierte Struktur und chemische Zusammensetzung von Zellen.
• Sie hilft dabei zu verstehen, wie Zellen funktionieren und interagieren.
• Sie hat potenzielle Anwendungen in Medizin, Landwirtschaft und anderen Bereichen.

Die Forscher verwendeten Zellen der menschlichen embryonalen Nierenzelllinie (HEK 293) für ihre Studie. Diese Zellen lassen sich zwar leicht kultivieren, sind aber schwer mit Röntgenstrahlen abzubilden. Sie mussten einen komplexen Prozess durchlaufen, um die Proben vorzubereiten.

Zuerst mit Paraformaldehyd behandeln, um die Zellstruktur zu erhalten. Danach die Proben schnell in flüssigem Ethan einfrieren. Anschließend in flüssigen Stickstoff überführen. Schließlich die Proben gefriertrocknen, um Wasser zu entfernen und die Zellstruktur zu bewahren.

Bildgebende Verfahren:

• XCT: Dieses Verfahren erfasst die physische Struktur der Zelle. Es nutzt Röntgenstrahlen, um einen Querschnitt der Probe darzustellen.
• XRF-Mikroskopie: Diese Technik zeigt die Verteilung der Elemente innerhalb der Zelle. Hochenergetische Röntgenstrahlen regen das Material zur Emission von Röntgenfluoreszenz an, was hilft, die chemische Zusammensetzung der Zelle zu verstehen.

Xianghui Xiao, ein führender Wissenschaftler am Brookhaven, erläuterte die Vorteile der Kombination beider Techniken. XCT liefert ein 3D-Bild der Zelle, was dabei hilft, die XRF-Messungen gezielt auf bestimmte Bereiche zu lenken. Diese Methode spart Zeit und reduziert das Risiko, die Zellen durch übermäßige Röntgenstrahlung zu beschädigen.

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Die neuen Methoden können praktische Anwendungen verbessern. Laut Yang Yang, einem Wissenschaftler am Brookhaven National Laboratory, könnten sie bei der Medikamentenverabreichung helfen. Durch die Bildgebung von Zellstrukturen und die Verfolgung von Elementveränderungen während der Behandlung können Wissenschaftler mehr darüber erfahren, wie Medikamente in Zellen wirken.

Zukünftige Anwendungen:

• Erforschung menschlicher Zellen und deren Organellen.
• Untersuchung pathogener Pilze und nützlicher Bakterien.
• Analyse der Interaktion zwischen Krankheitserregern und ihren Wirten.
• Erforschung des menschlichen Mikrobioms.
• Untersuchung symbiotischer Beziehungen zwischen Pflanzen und Pilzen.

Ein Strukturbiologe am Brookhaven-Labor, Qun Liu, erklärte, dass diese Technologie dabei helfen kann, Pflanzen wie Sorghum zu untersuchen. Da Sorghum für die Bioenergie wichtig ist, kann das Verständnis seiner Wechselwirkungen mit dem schädlichen Pilz Colletotrichum sublineola zu besseren Schutzmaßnahmen für die Pflanze führen.

Diese neue Bildgebungsmethode ermöglicht es uns, mehr über das Funktionieren biologischer Systeme zu erfahren. Sie verbessert die Möglichkeiten, Zellen zu betrachten, und schafft neue Werkzeuge, um sie besser zu verstehen. Mit den fortschreitenden Entwicklungen in diesem Bereich können wir noch klarere Einblicke in die Struktur und Funktion von Zellen erwarten.

Diese Studie wurde durch die Labarlow-geleitete Forschung und Entwicklung von Brookhaven sowie das Amt für Wissenschaft des Energieministeriums finanziert.