Благодаря аналитическим методам с еще более высоким разрешением, сегодня ученые могут изучать биологические клетки на уровне отдельных молекул. Перед исследованием с помощью оптического, рентгеновского или электронного микроскопа клетки часто фиксируют химическим путем. Процесс химической фиксации включает погружение клеток в химический консервант, который фиксирует все органеллы клетки и даже белки на месте. «Незначительные изменения внутренней структуры ячеек неизбежны в этом процессе», — подчеркивает Костер. «В наших исследованиях мы впервые смогли показать эти изменения в прямом сравнении».
Команда использовала раковые клетки коры надпочечников для своих анализов. Они выращивали клетки на подложке из нитрита кремния, которая почти прозрачна для рентгеновских лучей.
Чтобы клетки оставались живыми в экспериментальной камере во время эксперимента, они получали питательные вещества, а продукты их метаболизма откачивались через тонкие каналы диаметром всего 0,5 миллиметра. «Таким образом, биологические клетки находятся в образце среды, которая очень похожа на их естественную среду», — объясняет доктор Бритта Вайнхаузен из группы Костера, первый автор статьи.Эксперименты проводились на установке Nanofocus Setup (GINIX) экспериментальной станции PETRA III P10. Ученые использовали яркий рентгеновский луч от PETRA III для сканирования клеток, чтобы получить информацию об их внутренней наноструктуре. «Каждый кадр экспонировался всего 0,05 секунды, чтобы не повредить живые клетки слишком быстро», — объясняет соавтор доктор Майкл Спранг из DESY. «Даже структуры нанометрового масштаба могут быть измерены с помощью сборки GINIX, благодаря сочетанию высокой яркости PETRA III и настройки GINIX, согласованной с источником».Исследователи изучили живые и химически закрепленные клетки с помощью этой так называемой нанодифракционной техники и сравнили внутренние структуры клеток на основе рентгеновских дифракционных изображений.
Результаты показали, что химическая фиксация вызывает заметные различия в клеточной структуре в масштабе от 30 до 50 нанометров (миллионных долей миллиметра).«Благодаря все большему разрешению различных методов исследования становится все более важным знать, изменяется ли внутренняя структура образца во время подготовки образца», — объясняет Костер. В будущем новая методика позволит изучать неизмененные живые клетки с высоким разрешением. Хотя другие методы имеют даже более высокое разрешение, чем рассеяние рентгеновских лучей, они требуют химической фиксации или сложной и инвазивной подготовки клеток.
Так называемое мягкое рентгеновское излучение с меньшей энергией уже использовалось для исследования живых клеток. Однако изучение структур размером всего 12 нанометров впервые становится возможным благодаря анализу дифракционных изображений, полученных с помощью жесткого рентгеновского излучения.