Wetenschappers hebben een nieuwe techniek ontwikkeld om beelden van de kern van een cel in ongekend detail vast te leggen, de weg vrijmaakt voor nieuwe inzichten in ziekten en veroudering bij de mens.

Door een nieuwe luminescerende sonde te gebruiken om celcomponenten te verlichten, onderzoekers van de afdeling Scheikunde van de Universiteit van Sheffield hebben opvallende 3D-beelden van DNA in kernen vastgelegd op een schaal van minder dan 40 nanometer (één nanometer =een miljardste van een meter).

De unieke eigenschappen van de sonde maken hem beter geschikt voor gebruik in superresolutiemicroscopie dan bestaande sondes, die niet stabiel genoeg zijn om lange perioden van bestraling te ondergaan onder intens licht dat deze tak van microscopie vereist.

Sree Sreedharan, een promovendus bij de afdeling Scheikunde, ontwikkelde de sonde op basis van de chemische stof Ruthenium, in samenwerking met het Rutherford Appleton Laboratory in Oxford en onderzoekers van de afdelingen Biomedische Wetenschappen van Sheffield, en Natuur- en Sterrenkunde.

zijn begeleider, Professor Jim Thomas zei:"Aangezien de sonde stabiel is als een rots - zelfs in het meest intense laserlicht - kunnen we vele lagen afbeeldingen maken om definitieve, zeer gedetailleerd, 3D-structuren die DNA in de kern laten zien.

"Omdat DNA de blauwdrukken voor het leven levert, superresolutiestudies zullen helpen te begrijpen hoe het wordt opgeslagen, lezen, en verwerkt. Dergelijke studies zullen nieuwe inzichten opleveren in de ontwikkeling van ziekten zoals kanker en misschien zelfs in de cellulaire processen die bij veroudering betrokken zijn."

Door te onderzoeken hoe gezonde cellen werken en wat er gebeurt als ze niet goed functioneren, onderzoekers kunnen een dieper begrip krijgen van hoe het leven werkt op het meest fundamentele niveau, en nieuwe medicijnen en behandelingen voor ziekten te ontwikkelen.

Echter, cellen zijn microscopisch, transparant, en meestal kleurloos. Om ze door microscopen te zien, wetenschappers gebruiken luminescente sondes die binden aan celcomponenten en deze "oplichten". Hoewel deze benadering ons begrip van de celfunctie enorm heeft verbeterd, alle kenmerken kleiner dan ongeveer 300 nanometer kunnen niet worden onderscheiden door normale op licht gebaseerde microscopen.

Superresolutiemicroscopen zijn de afgelopen tien jaar ontwikkeld, welke kan, onder de juiste omstandigheden, op veel kleinere schaal opereren. Eric Betzig, Stefan W. Hell en William E. Moerner ontvingen in 2014 de Nobelprijs voor de Scheikunde voor hun werk op dit gebied.

De uitdaging voor chemici is om nieuwe sondes te ontwikkelen met optische eigenschappen die voldoen aan de eisen die deze geavanceerde technieken aan hen stellen – bijvoorbeeld:STED-microscopie (gestimuleerde emissiedepletie) heeft sondes nodig die uitzonderlijk fotochemisch stabiel zijn.

De nieuwe op ruthenium gebaseerde sonde is ontwikkeld voor gebruik in scanning transmissie-elektronenmicroscopie (STEM) en de bevindingen zijn online gepubliceerd in de Tijdschrift van de American Chemical Society . Het onderzoek werd voltooid als onderdeel van het Imagine:Imaging Life-project van de Universiteit van Sheffield, die revolutionaire microscopietechnieken gebruikt om enkele van de grootste vragen in biologie en geneeskunde te beantwoorden.