Image STED (à gauche) et imagerie aux rayons X (à droite) de la même cellule de tissu cardiaque d'un rat. Pour STED, le réseau de filaments d'actine dans la cellule, ce qui est important pour les propriétés mécaniques de la cellule, ont été marqués avec un colorant fluorescent. Contraste dans l'image radiographique, d'autre part, est directement liée à la densité électronique totale, avec des apports de molécules marquées et non marquées. En ayant les deux contrastes à portée de main, la structure de la cellule peut être imagée de manière plus complète, avec les deux modalités d'imagerie « s'informant mutuellement ». Crédit :Université de Göttingen, M. Bernhardt et al.
Une équipe de recherche de l'Université de Göttingen a commandé une combinaison de microscopes unique au monde à la source de rayons X PETRA III de DESY pour acquérir de nouvelles connaissances sur les cellules biologiques. L'équipe dirigée par Tim Salditt et Sarah Köster décrit le microscope combiné à rayons X et à fluorescence optique dans le journal Communication Nature . Pour tester les performances de l'appareil installé au poste de mesure P10 de DESY, les scientifiques ont étudié les cellules du muscle cardiaque avec leur nouvelle méthode.
La microscopie optique moderne fournit avec des images toujours plus nettes de nouvelles informations importantes sur les processus internes des cellules biologiques, mais la résolution la plus élevée n'est obtenue que pour la fraction de biomolécules qui émettent de la lumière de fluorescence. Dans ce but, de petits marqueurs fluorescents doivent d'abord être attachés aux molécules d'intérêt, par exemple des protéines ou de l'ADN. La commutation contrôlée du colorant fluorescent dans le microscope dit STED (stimulated émission depletion) permet alors la résolution la plus élevée jusqu'à quelques milliardièmes de mètre, selon le principe de la commutation optique entre l'état activé et l'état désactivé introduit par le prix Nobel Stefan Hell de Göttingen.
"Mais comment pouvons-nous obtenir des images nettes de tous les composants cellulaires, y compris les molécules auxquelles les marqueurs fluorescents ne peuvent pas être attachés, " demande Salditt. " Comment pouvons-nous éclairer le 'fond sombre' de toutes les molécules non marquées, dans lequel les biomolécules fluorescentes spécifiquement marquées sont incorporées ? »
L'équipe de Salditt et Köster a maintenant combiné un microscope STED et un microscope à rayons X, qui peut cartographier quasi simultanément la fluorescence et la distribution de densité du total des composants cellulaires dans la cellule. "En outre, Expériences de diffraction des rayons X, qui sont bien connus de la cristallographie, peut également être effectué à des positions contrôlées avec précision dans la cellule, " explique le co-auteur Michael Sprung, chef de la station de mesure P10 où le nouvel appareil a été installé.
"Avec ce nouveau microscope à rayons X/STED, nous avons d'abord visualisé un réseau de filaments de protéines dans les cellules du muscle cardiaque en mode STED. Les cellules ont ensuite également été imagées par holographie aux rayons X pour couvrir la distribution spatiale de la densité de masse dans la cellule entière , y compris tous ses composants, " explique Marten Bernhardt, auteur principal de l'article. "En utilisant un contraste complémentaire, nous visons une compréhension plus complète de la structure sous-jacente à la contractibilité et à la génération de force dans les cellules, " ajoute Salditt. " A l'avenir, nous voulons également appliquer cela pour observer les processus dynamiques dans les cellules vivantes, " explique Köster, porte-parole du centre de recherche collaboratif Comportement collectif de la matière molle et biologique de la German Science Foundation (DFG), qui fournit le cadre de recherche des expériences.
