(PhysOrg.com) -- Usando la nuova tecnica, i ricercatori sono stati in grado di identificare la morfologia 3D e la struttura degli organelli cellulari, compresa la parete cellulare, vacùolo, reticolo endoplasmatico, mitrocondri, granuli e nucleolo.

L'imaging tridimensionale sta espandendo notevolmente la capacità dei ricercatori di esaminare campioni biologici, consentendo uno sguardo nelle loro strutture interne. E i recenti progressi nei metodi di diffrazione dei raggi X hanno contribuito ad estendere il limite di questo approccio.

Sebbene siano stati compiuti progressi significativi nella microscopia ottica per rompere la barriera di diffrazione, tali tecniche si basano su tecnologie di etichettatura fluorescente, che vietano l'imaging 3D quantitativo dell'intero contenuto delle cellule. La microscopia crioelettronica può visualizzare strutture con una risoluzione da 3 a 5 nanometri, ma questo funziona solo con campioni sottili o sezionati.

E sebbene la cristallografia proteica a raggi X sia attualmente il metodo principale utilizzato per determinare la struttura 3-D delle molecole proteiche, molti campioni biologici, come cellule intere, organelli cellulari, alcuni virus e molte importanti molecole proteiche — sono difficili o impossibili da cristallizzare, rendendo inaccessibili le loro strutture. Il superamento di queste limitazioni richiede l'impiego di tecniche diverse.

Ora, in un articolo pubblicato oggi in Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze , I ricercatori dell'UCLA ei loro collaboratori dimostrano l'uso di un esclusivo microscopio a diffrazione a raggi X che ha permesso loro di rivelare la struttura interna delle spore di lievito. Il team riporta l'imaging 3D quantitativo di un insieme, cellula non colorata con una risoluzione da 50 a 60 nanometri mediante microscopia a diffrazione di raggi X, noto anche come imaging senza lenti.

I ricercatori hanno identificato la morfologia e la struttura 3-D degli organelli cellulari, compresa la parete cellulare, vacùolo, reticolo endoplasmatico, mitrocondri, granuli e nucleolo. Il lavoro potrebbe aprire una porta all'identificazione delle singole molecole proteiche all'interno di intere cellule utilizzando tecnologie di etichettatura.

Gli autori principali dell'articolo sono Huaidong Jiang, un assistente ricercatore dell'UCLA in fisica e astronomia, e John Miao, un professore di fisica e astronomia dell'UCLA. Il lavoro è il culmine di una collaborazione iniziata tre anni fa con Fuyu Tamanoi, Professore di microbiologia all'UCLA, immunologia e genetica molecolare. Miao e Tamanoi sono entrambi ricercatori del California NanoSystems Institute dell'UCLA. Altri collaboratori includono i team di Riken Spring 8 in Giappone e l'Institute of Physics, Accademia Sinica, in Taiwan.

"Questa è la prima volta che le persone sono state in grado di sbirciare nella struttura interna 3-D di un campione biologico, senza tagliarlo in sezioni, utilizzando la microscopia a diffrazione di raggi X, " disse Miao.

"Evitando l'uso di lenti a raggi X, la risoluzione della microscopia a diffrazione di raggi X è in definitiva limitata dal danno da radiazioni ai campioni biologici. Utilizzando tecnologie criogeniche, Dovrebbe essere possibile ottenere l'imaging 3D di intere cellule biologiche con una risoluzione da 5 a 10 nanometri, "Miao ha detto. "Il nostro lavoro apre quindi la strada per l'imaging 3D quantitativo di una vasta gamma di campioni biologici a risoluzioni su scala nanometrica che sono troppo spesse per la microscopia elettronica".

Tamanoi ha preparato i campioni di spore di lievito analizzati in questo studio. Le spore sono cellule specializzate che si formano quando vengono poste in condizioni di carenza di nutrienti. Le cellule usano questa strategia di sopravvivenza per far fronte a condizioni difficili.

"I biologi volevano esaminare le strutture interne della spora, ma precedenti studi microscopici fornivano informazioni solo sulle caratteristiche della superficie. Siamo molto entusiasti di poter visualizzare la spora in 3-D", ha detto Tamanoi. "Ora possiamo esaminare la struttura di altre spore, come le spore di antrace e molte altre spore fungine. È anche importante sottolineare che le spore di lievito sono di dimensioni simili a molti organelli intracellulari nelle cellule umane. Questi possono essere esaminati in futuro".

Dalla sua prima dimostrazione sperimentale di Miao e collaboratori nel 1999, la microscopia di diffrazione coerente è stata applicata all'imaging di una vasta gamma di scienze dei materiali e campioni biologici, come le nanoparticelle, nanocristalli, biomateriali, cellule, organelli cellulari, virus e nanotubi di carbonio mediante raggi X, impianti elettronici e laser in tutto il mondo. Fino ad ora, però, il problema del danno da radiazioni e la difficoltà di acquisire modelli di diffrazione 3D di alta qualità da singole cellule intere hanno impedito l'imaging 3D ad alta risoluzione di cellule biologiche mediante diffrazione dei raggi X.