Naučnici sa sjedištem u Göttingenu koji rade na DESY-ovom PETRA III istraživačkom izvoru svjetlosti izveli su prva istraživanja živih bioloških ćelija koristeći visokoenergetske rendgenske zrake. Nova metoda pokazuje jasne razlike u unutrašnjoj ćelijskoj strukturi između živih i mrtvih, hemijski fiksiranih ćelija koje se često analiziraju. "Nova metoda nam po prvi put omogućava da istražujemo unutrašnje strukture živih ćelija u njihovom prirodnom okruženju koristeći čvrste rendgenske zrake", naglašava voditeljica radne grupe, prof. Sarah Köster iz Instituta za rendgensku fiziku. Univerzitet u Getingenu. Istraživači predstavljaju svoj rad u naučnom časopisu Physical Review Letters.
Zahvaljujući analitičkim metodama sa sve višom rezolucijom, naučnici danas mogu proučavati biološke ćelije na nivou pojedinačnih molekula. Ćelije se često hemijski fiksiraju prije nego što se prouče uz pomoć optičkih, rendgenskih ili elektronskih mikroskopa. Proces hemijske fiksacije uključuje uranjanje ćelija u neku vrstu hemijskog konzervansa koji fiksira sve ćelijske organele, pa čak i proteine na mestu. „Manje promjene unutrašnje strukture ćelija su neizbježne u ovom procesu“, naglašava Köster. "U našim istraživanjima, po prvi put smo uspjeli pokazati ove promjene u direktnom poređenju."
Tim je koristio ćelije raka iz korteksa nadbubrežne žlijezde za svoje analize. Uzgajali su ćelije na supstratu od silicijum nitrita, koji je skoro providan za rendgenske zrake. Kako bi ćelije održale na životu u eksperimentalnoj komori tokom eksperimenta, opskrbljene su hranjivim tvarima, a njihovi metabolički proizvodi su ispumpani finim kanalima samo 0.5 milimetara u prečniku. "Biološke ćelije su stoga locirane u okruženju uzorka koje veoma liči na njihovo prirodno okruženje," objašnjava dr. Britta Weinhausen iz Kösterove grupe, prvi autor ovog rada.
Eksperimenti su izvedeni u Nanofocus Setup-u (GINIX) eksperimentalne stanice P10 PETRA III. Naučnici su koristili sjajan snop rendgenskih zraka iz PETRA III za skeniranje ćelija kako bi dobili informacije o njihovoj unutrašnjoj nanostrukturi. "Svaki kadar je bio izložen samo 0,05 sekundi, kako bi se izbjeglo prebrzo oštećenje živih ćelija", objašnjava koautor dr. Michael Sprung iz DESY. "Čak i strukture nanometarske skale mogu se izmjeriti pomoću GINIX sklopa, zahvaljujući kombinaciji visokog sjaja PETRA III i GINIX postavke koja je usklađena s izvorom."
Istraživači su proučavali žive i hemijski fiksirane ćelije koristeći ovu takozvanu tehniku nanodifrakcije i upoređivali unutrašnje strukture ćelija na osnovu slika difrakcije rendgenskih zraka. Rezultati su pokazali da hemijska fiksacija proizvodi primjetne razlike u ćelijskoj strukturi na skali od 30 do 50 nanometara (milioniti dio milimetra).
"Zahvaljujući sve većoj rezoluciji različitih istražnih tehnika, sve je važnije znati da li se unutrašnja struktura uzorka mijenja tokom pripreme uzorka," objašnjava Köster. U budućnosti, nova tehnika će omogućiti proučavanje nepromijenjenih živih ćelija u visokoj rezoluciji. Iako druge metode imaju još veću rezoluciju od raspršivanja rendgenskih zraka, zahtijevaju kemijsku fiksaciju ili složenu i invazivnu pripremu stanica. Nižeenergetski, takozvani meki rendgenski zraci već su korišćeni za proučavanje živih ćelija. Međutim, proučavanje struktura veličine samo 12 nanometara prvo postaje moguće kroz analizu difrakcijskih slika proizvedenih pomoću tvrdih X zraka.
