A cientista do NSLS-II Tiffany Victor é apresentada no Hard X-ray Nanoprobe, onde sua equipe produziu mapas químicos 3-D de uma única bactéria com resolução em nanoescala. Crédito:Laboratório Nacional de Brookhaven
Cientistas do National Synchrotron Light Source II (NSLS-II) - um Departamento de Energia dos EUA (DOE) Office of Science User Facility no Brookhaven National Laboratory do DOE - usaram raios-x ultrabright para obter imagens de bactérias individuais com resolução espacial mais alta do que nunca . Trabalho deles, publicado em Relatórios Científicos , demonstra uma técnica de imagem de raios-X, chamada microscopia de fluorescência de raios-X (XRF), como uma abordagem eficaz para produzir imagens 3-D de pequenas amostras biológicas.
"Pela primeira vez, usamos XRF em nanoescala para imagens de bactérias até a resolução de uma membrana celular, "disse Lisa Miller, cientista do NSLS-II e co-autor do artigo. "A imagem das células no nível da membrana é fundamental para compreender o papel da célula em várias doenças e desenvolver tratamentos médicos avançados."
A resolução recorde das imagens de raios-X foi possível graças aos recursos avançados da linha de luz Hard X-ray Nanoprobe (HXN), uma estação experimental em NSLS-II com ótica de nanofocagem inovadora e estabilidade excepcional.
"HXN é a primeira linha de luz XRF a gerar uma imagem 3-D com este tipo de resolução, "Disse Miller.
Enquanto outras técnicas de imagem, como microscopia eletrônica, pode criar imagens da estrutura de uma membrana celular com resolução muito alta, essas técnicas são incapazes de fornecer informações químicas sobre a célula. Na HXN, os pesquisadores poderiam produzir mapas químicos 3-D de suas amostras, identificar onde os oligoelementos são encontrados em toda a célula.
"Na HXN, pegamos uma imagem de uma amostra em um ângulo, gire a amostra para o próximo ângulo, pegue outra imagem, e assim por diante, "disse Tiffany Victor, autor principal do estudo e cientista do NSLS-II. "Cada imagem mostra o perfil químico da amostra nessa orientação. Então, podemos mesclar esses perfis para criar uma imagem 3-D. "
Imagens XRF mostram o zinco (B), cálcio (C), distribuições de cloro (D) em uma única bactéria. A imagem XRF E mostra todos os três elementos na célula. A imagem A mostra bactérias incrustadas em cristais de cloreto de sódio. Crédito:Laboratório Nacional de Brookhaven
Miller adicionou, "Obter uma imagem XRF 3-D é como comparar um raio X normal que você pode obter no consultório médico com uma tomografia computadorizada."
As imagens produzidas pela HXN revelaram que dois oligoelementos, cálcio e zinco, tinha distribuições espaciais únicas na célula bacteriana.
“Acreditamos que o zinco está associado aos ribossomos da bactéria, "Victor disse." As bactérias não têm muitas organelas celulares, ao contrário de uma célula eucariótica (complexa) que tem mitocôndrias, um núcleo, e muitas outras organelas. Então, não é a amostra mais interessante de imagem, mas é um bom sistema de modelo que demonstra a técnica de imagem de maneira excelente. "
Yong Chu, quem é o cientista-chefe da linha de luz da HXN, diz que a técnica de imagem também é aplicável a muitas outras áreas de pesquisa.
"Esta técnica de imagem química 3-D ou nanotomografia de fluorescência está ganhando popularidade em outros campos científicos, "Disse Chu." Por exemplo, podemos visualizar como a estrutura interna de uma bateria está se transformando enquanto ela é carregada e descarregada. "
Uma visão 3D de uma única bactéria produzida por meio de XRF. Crédito:Laboratório Nacional de Brookhaven
Além de quebrar as barreiras técnicas na resolução de imagens de raios-X com esta técnica, os pesquisadores desenvolveram um novo método para obter imagens das bactérias à temperatura ambiente durante as medições de raios-X.
"Idealmente, A imagem de XRF deve ser realizada em amostras biológicas congeladas que são crio-preservadas para evitar danos por radiação e para obter uma compreensão mais fisiologicamente relevante dos processos celulares, "Victor disse." Por causa das restrições de espaço na câmara de amostra do HXN, não fomos capazes de estudar a amostra usando um criostage. Em vez de, incorporamos as células em pequenos cristais de cloreto de sódio e fotografamos as células em temperatura ambiente. Os cristais de cloreto de sódio mantiveram a forma de bastonete das células, e eles tornaram as células mais fáceis de localizar, reduzindo o tempo de execução de nossos experimentos. "
Os pesquisadores dizem que, demonstrando a eficácia da técnica de imagem de raios-X, bem como o método de preparação da amostra, foi o primeiro passo em um projeto maior para traçar elementos de imagem em outras células biológicas em nanoescala. A equipe está particularmente interessada no papel do cobre na morte de neurônios na doença de Alzheimer.
"Oligoelementos como ferro, cobre, e o zinco são nutricionalmente essenciais, mas também podem desempenhar um papel nas doenças, "Miller disse." Estamos buscando entender a localização subcelular e função das proteínas contendo metais no processo da doença para ajudar a desenvolver terapias eficazes. "
