Een onderzoeksteam van de Universiteit van Göttingen heeft opdracht gegeven voor een wereldwijd unieke microscoopcombinatie bij DESY's röntgenbron PETRA III om nieuwe inzichten in biologische cellen te verkrijgen. Het team onder leiding van Tim Salditt en Sarah Köster beschrijft de gecombineerde röntgen- en optische fluorescentiemicroscoop in het tijdschrift Natuurcommunicatie . Om de prestaties te testen van het apparaat geïnstalleerd op DESY's meetstation P10, de wetenschappers onderzochten hartspiercellen met hun nieuwe methode.

Moderne lichtmicroscopie geeft met steeds scherpere beelden belangrijke nieuwe inzichten in de inwendige processen van biologische cellen, maar de hoogste resolutie wordt alleen verkregen voor de fractie van biomoleculen die fluorescentielicht uitzenden. Voor dit doeleinde, kleine fluorescerende markers moeten eerst worden gehecht aan de moleculen van belang, bijvoorbeeld eiwitten of DNA. Het gecontroleerd schakelen van de fluorescerende kleurstof in de zogenaamde STED-microscoop (gestimuleerde emissiedepletie) maakt dan de hoogste resolutie mogelijk tot een paar miljardste van een meter, volgens het principe van optisch schakelen tussen aan en uit, geïntroduceerd door Nobelprijswinnaar Stefan Hell uit Göttingen.

"Maar hoe kunnen we scherpe beelden krijgen van alle cellulaire componenten, inclusief die moleculen waaraan fluorescerende markers niet kunnen worden gehecht, " vraagt ​​Salditt. "Hoe kunnen we de 'donkere achtergrond' van alle niet-gelabelde moleculen verlichten, waarin de specifiek gelabelde fluorescerende biomoleculen zijn ingebed?"

Het team van Salditt en Köster heeft nu een STED- en een röntgenmicroscoop gecombineerd, die quasi gelijktijdig de fluorescentie en de dichtheidsverdeling van het totaal aan cellulaire componenten in de cel in kaart kunnen brengen. "In aanvulling, Röntgendiffractie-experimenten, die bekend zijn uit de kristallografie, kan ook op nauwkeurig gecontroleerde posities in de cel worden uitgevoerd, " legt co-auteur Michael Sprung uit, kop van het meetstation P10 waar het nieuwe apparaat is geïnstalleerd.

"Met deze nieuwe röntgen-/STED-microscoop hebben we eerst een netwerk van eiwitfilamenten in hartspiercellen in STED-modus gevisualiseerd. De cellen werden vervolgens ook afgebeeld met röntgenholografie om de ruimtelijke verdeling van de massadichtheid in de hele cel te dekken. , inclusief alle onderdelen, " legt Marten Bernhardt uit, hoofdauteur van het artikel. "Door complementair contrast te gebruiken, streven we naar een vollediger begrip van de structuur die ten grondslag ligt aan samentrekbaarheid en krachtopwekking in de cellen, " voegt Salditt toe. "In de toekomst, we willen dit ook toepassen om dynamische processen in levende cellen waar te nemen, " legt Köster uit, woordvoerder van het collaboratief onderzoekscentrum Collectief gedrag van zachte en biologische materie van de Duitse Wetenschapsstichting (DFG), die het onderzoekskader van de experimenten vormt.