Imagem STED (esquerda) e imagem de raios-X (direita) da mesma célula de tecido cardíaco de um rato. Para STED, a rede de filamentos de actina na célula, o que é importante para as propriedades mecânicas da célula, foram marcados com um corante fluorescente. Contraste na imagem de raios-X, por outro lado, está diretamente relacionado à densidade total de elétrons, com contribuições de moléculas marcadas e não marcadas. Por ter os dois contrastes à mão, a estrutura da célula pode ser visualizada de uma maneira mais completa, com as duas modalidades de imagem “informando-se mutuamente”. Crédito:Universidade de Göttingen, M. Bernhardt et al.
Uma equipe de pesquisa da Universidade de Göttingen encomendou uma combinação única de microscópio mundial na fonte de raios X PETRA III do DESY para obter novos insights sobre células biológicas. A equipe liderada por Tim Salditt e Sarah Köster descreve o microscópio combinado de raios-X e fluorescência óptica na revista Nature Communications . Para testar o desempenho do dispositivo instalado na estação de medição P10 do DESY, os cientistas investigaram as células do músculo cardíaco com seu novo método.
A microscopia de luz moderna fornece imagens cada vez mais nítidas, novos insights importantes sobre os processos internos das células biológicas, mas a resolução mais alta é obtida apenas para a fração de biomoléculas que emitem luz fluorescente. Para este propósito, pequenos marcadores fluorescentes devem ser primeiro anexados às moléculas de interesse, por exemplo, proteínas ou DNA. A troca controlada do corante fluorescente no chamado microscópio STED (depleção de emissão estimulada) permite a resolução mais alta até alguns bilionésimos de metro, de acordo com o princípio de comutação óptica entre o estado ligado e desligado apresentado pelo ganhador do prêmio Nobel Stefan Hell de Göttingen.
"Mas como podemos obter imagens nítidas de todos os componentes celulares, incluindo aquelas moléculas às quais os marcadores fluorescentes não podem ser anexados, "pergunta Salditt." Como podemos iluminar o 'fundo escuro' de todas as moléculas não marcadas, em que as biomoléculas fluorescentes especificamente marcadas são incorporadas? "
A equipe de Salditt e Köster combinou agora um microscópio STED e um microscópio de raios-X, que pode quase simultaneamente mapear a fluorescência e a distribuição de densidade do total de componentes celulares na célula. "Além disso, Experimentos de difração de raios-X, que são bem conhecidos da cristalografia, também pode ser realizado em posições precisamente controladas na célula, "explica o co-autor Michael Sprung, chefe da estação de medição P10 onde o novo dispositivo foi instalado.
"Com este novo microscópio de raios-X / STED, visualizamos primeiro uma rede de filamentos de proteínas nas células do músculo cardíaco no modo STED. As células também foram fotografadas por holografia de raios-X para cobrir a distribuição espacial da densidade de massa em toda a célula , incluindo todos os seus componentes, "explica Marten Bernhardt, autor principal do artigo. "Ao usar contraste complementar, pretendemos uma compreensão mais completa da estrutura subjacente à contratibilidade e geração de força nas células, "acrescenta Salditt." No futuro, queremos aplicar isso também para observar processos dinâmicos em células vivas, "explica Köster, porta-voz do centro de pesquisa colaborativa Comportamento coletivo de matéria macia e biológica da Fundação Alemã de Ciência (DFG), que fornece a estrutura de pesquisa dos experimentos.
