De contouren van levende cellen vastleggen met nieuwe nanoimaging-techniek met behulp van grafeen

Met de dag die voorbijgaat, wordt menselijke technologie verfijnder en worden we iets beter toegerust om dieper in biologische processen en moleculaire en cellulaire structuren te kijken, waardoor we meer inzicht krijgen in de mechanismen die ten grondslag liggen aan ziekten zoals kanker, Alzheimer en andere.

Tegenwoordig wordt nanoimaging, een van deze geavanceerde technologie, veel gebruikt om subcellulaire componenten en cellulaire moleculen zoals cholesterol en vetzuren structureel te karakteriseren. Maar het is niet zonder beperkingen, zoals professor Dae Won Moon van Daegu Gyeongbuk Institute of Technology (DGIST), Korea, hoofdwetenschapper in een recent baanbrekend onderzoek naar vooruitgang in het veld, uitlegt: “De meeste geavanceerde nano-imagingtechnieken gebruiken versnelde elektronen- of ionenbundels in ultrahoogvacuümomgevingen. Om cellen in een dergelijke omgeving te brengen, moet men ze chemisch fixeren en fysiek invriezen of drogen. Maar zulke processen verslechteren de oorspronkelijke moleculaire samenstelling en distributie van de cellen. “

Prof.Moon en zijn team wilden een manier vinden om deze achteruitgang te voorkomen. “We wilden geavanceerde nano-beeldvormingstechnieken toepassen in ultrahoogvacuümomgevingen op levende cellen in oplossing zonder enige chemische en fysische behandeling, zelfs niet met fluorescentiekleuring, om intrinsieke biomoleculaire informatie te verkrijgen die onmogelijk te verkrijgen is met conventionele bioimaging-technieken,” zegt Dr. Heejin Lim, een belangrijk lid van het onderzoeksteam, legt uit. Hun nieuwe oplossing is gepubliceerd in Nature Methods​

Hun techniek omvat het plaatsen van natte cellen op een met collageen bedekt nat substraat met microgaatjes, die zich op hun beurt bovenop een celkweekmediumreservoir bevinden. De cellen worden vervolgens bedekt met een enkele laag grafeen. Het is het grafeen waarvan wordt verwacht dat het de cellen beschermt tegen uitdroging en celmembranen tegen afbraak.

Door middel van optische microscopie hebben de wetenschappers bevestigd dat, wanneer ze op deze manier worden voorbereid, de cellen levensvatbaar en levend blijven tot tien minuten nadat ze in een ultrahoogvacuümomgeving zijn geplaatst. De wetenschappers voerden ook nanoimaging uit, met name secundaire ionen-massaspectrometrie-beeldvorming, in deze omgeving gedurende maximaal 30 minuten. De beelden die ze binnen de eerste tien minuten maakten, geven een zeer gedetailleerd (submicrometer) beeld van de werkelijke intrinsieke verdeling van lipiden in hun oorspronkelijke toestand in de celmembranen; gedurende deze duur ondergingen de membranen geen significante vervorming.

Maar ook bij deze methode kan een cascade van ionenstraalbotsingen op een punt op de grafeenfilm een ​​gat creëren dat groot genoeg is om sommige lipidedeeltjes te laten ontsnappen. Maar hoewel deze verslechtering van het celmembraan optreedt, is deze niet significant binnen het tijdsbestek van tien minuten en is er geen lekken van de oplossing. Verder reageren de grafeenmoleculen met watermoleculen om zichzelf te herstellen. Over het algemeen is dit dus een geweldige manier om meer te weten te komen over celmembraanmoleculen in hun oorspronkelijke staat in hoge resolutie.

“Ik kan me voorstellen dat onze innovatieve techniek op grote schaal kan worden gebruikt door veel biomedische beeldvormingslaboratoria voor betrouwbaardere bioanalyses van cellen en uiteindelijk voor het overwinnen van complexe ziekten”, zegt prof. Moon.

Wordt deze innovatie de norm? De tijd zal het leren!