Onderzoekers van Tokai University beschrijven in Geavanceerde materialen hoe het verpakken van biologisch weefsel in een nanosheet van een bepaald organisch materiaal resulteert in hoogwaardige microscopiebeelden. Het aanbrengen van de wrap voorkomt dat het monster uitdroogt, en dus van krimpen, waardoor grotere beeldopnametijden mogelijk zijn.

Om volledig te begrijpen hoe biologische cellen functioneren, het is belangrijk om ze te kunnen visualiseren in hun omgeving, op tijdschalen die lang genoeg zijn en met een voldoende hoge resolutie. Echter, typische opstellingen voor het bestuderen van een biologisch weefselmonster door middel van optische microscopie voorkomen niet dat het monster uitdroogt, waardoor het krimpt tijdens observatie, resulterend in wazige beelden. Maar nu, een team van onderzoekers onder leiding van Yosuke Okamura van Tokai University, heeft ontdekt hoe dit probleem kan worden opgelost:door het monster in een nanoplaat van fluorpolymeer te wikkelen, blijft het watergehalte behouden, en de sterke hechting van de plaat maakt hem monteerbaar.

De onderzoekers, die werden geïnspireerd door het gebruik van plastic voedselfolie, onderzocht de verpakkingseigenschappen van een fluorhoudend polymeer bekend als CYTOP, een stijf maar rekbaar en zeer optisch transparant materiaal. Ze bevestigden eerst dat vanwege de hoge waterafstotendheid, een nanoblad van CYTOP drijft op water, zelfs na toevoeging van een oppervlakteactieve stof. Scanning-elektronenmicroscopie-waarnemingen onthulden dat de nanosheet vlak is en vrij van scheuren of rimpels.

Als eerste test van CYTOP als wikkelmateriaal voor biologische weefsels, de onderzoekers bedekten een cilindrisch gevormd alginaat-hydrogel - een gemakkelijk te vormen biomateriaal - monster in een CYTOP-nanoblad, en volgde de evolutie van het watergehalte. Ze ontdekten dat na 24 uur, 60% van het oorspronkelijke watergehalte was nog aanwezig. (Een soortgelijk monster dat onverpakt in de lucht werd achtergelaten, raakte na ongeveer 10 uur volledig uitgedroogd.) Door te experimenteren met verschillende diktes, de wetenschappers ontdekten dat het waterretentievermogen van de nanosheet evenredig toeneemt met de dikte. Ze concludeerden dat een 133 nm dikke plaat voldoende oppervlaktehechting (noodzakelijk voor het fixeren van het monster) en waterretentie biedt.

De onderzoekers voerden vervolgens experimenten uit met een echt biologisch monster:1 mm dikke hersenschijfjes van muizen, verbeterde expressie van geel fluorescerend eiwit vertonen voor visualisatiedoeleinden. Zonder een CYTOP-wrap aan te brengen, verdamping van het ingebedde water veroorzaakte plaatselijke, niet-uniforme monsterkrimp, wat leidt tot een wazig beeld. Door de hersenschijfjes in een CYTOP nanosheet te wikkelen, echter, afbeeldingen met een hoge ruimtelijke resolutie kunnen worden verkregen door een groot gebied (meer dan 750 µm x 750 µm) gedurende een lange tijd (ongeveer 2 uur) te scannen.

De wetenschappers merkten op, echter, dat bij waarnemingen over langere tijdspannes krimp zal optreden. Dit effect kan worden gecompenseerd door het monster in te bedden met agarose, een gelvormend materiaal, het verschaffen van een stabiliteitsmatrix - een techniek die al wordt gebruikt voor het monteren van biologische weefsels voor microscopie-waarnemingen. De inpaktechniek van Okamura en collega's staat nog in de kinderschoenen, maar, zoals de onderzoekers aangeven, het "vestigt en verifieert de superioriteit van nanosheet-inpakmontages voor weefselbeeldvorming."