Wetenschappers hebben ‘s werelds eerste CryoNanoSIMS-machine ontwikkeld, die de analyse van secundaire ionenmassaspectrometrie op nanoschaal (NanoSIMS) verbetert voor het observeren van biologische weefselmonsters met subcellulaire ruimtelijke resolutie, schrijft de EPFL in een persbericht. Het instrument maakt gebruik van een monstervoorbereidingsproces dat is ontwikkeld door Nobelprijswinnaar Jacques Dubochet in 2017 en biedt nieuwe onderzoeksmogelijkheden.
- Wetenschappers hebben ‘s werelds eerste CryoNanoSIMS-machine ontwikkeld, die de analyse van secundaire ionenmassaspectrometrie op nanoschaal (NanoSIMS) verbetert.
- Met deze doorbraak kunnen wetenschappers de subcellulaire distributie van verbindingen inzichtelijk maken van onder andere bacteriële infecties, kankerbehandeling, plantengroei en milieuverontreinigingen.
Beperkingen van traditionele NanoSIMS-technologie overwinnen
NanoSIMS-technologie werd twintig jaar geleden geïntroduceerd en zorgde voor een revolutie op het gebied van beeldvorming door het produceren van hogeresolutiebeelden met een resolutie van 100 nm. Traditionele prepareermethoden hadden echter beperkingen – ze veroorzaakten vervorming van de weefselmorfologie en het verlies van oplosbare verbindingen. Het EPFL-team, onder leiding van prof. Anders Meibom, overwon deze obstakels door een cryogeen proces voor monstervoorbereiding te ontwikkelen en de NanoSIMS-machine aan te passen voor cryogene monsters.
Meibom legde uit wat de uitdagingen waren bij het aanpassen van het instrument: “Het was extreem moeilijk om een instrument dat werkt bij kamertemperatuur om te zetten in een instrument dat bevroren weefselmonsters kan analyseren terwijl het monster urenlang koud en stabiel blijft. Maar het is ons gelukt en we kunnen nu geheel nieuwe informatie verkrijgen.” Om dit te bereiken werkte het team samen met EPFL-werkplaatsen en Zwitserse bedrijven om hun vaardigheden op het gebied van werktuigbouwkunde te benutten en de benodigde precisieonderdelen te produceren.
Uitbreiding van het veld van de biologische chemie
De CryoNanoSIMS-machine is een belangrijke doorbraak in de biologische chemie. Het analyseert de chemische en isotopische samenstelling van verglaasde weefselmonsters met behulp van het monstervoorbereidingsproces dat is ontwikkeld door Jacques Dubochet. Dubochet, de Nobelprijswinnaar voor Scheikunde van 2017 en emeritus hoogleraar aan de Universiteit van Lausanne, beschouwt het CryoNanoSIMS-instrument als “een belangrijke uitbreiding van het veld van de biologische chemie”.
Door de exacte subcellulaire distributie van verbindingen te visualiseren, heeft CryoNanoSIMS het potentieel om licht te werpen op essentiële processen die ten grondslag liggen aan bacteriële infectie en de behandeling van kanker, sporenelementen in plantenweefsel voor plantengroei en gewasproductie, en milieuverontreinigende stoffen in de bodem en biofilms, allemaal met subcellulaire ruimtelijke resolutie.
Toepassingen in de praktijk en toekomstig onderzoek
De auteurs van het onderzoek testten de CryoNanoSIMS-methode op monsters van Green Hydra en observeerden rechtstreeks de opname en assimilatie van ammonium. Dit toont aan dat het instrument ongekende inzichten kan verschaffen in biologische processen. De volgende stap voor de onderzoekers is om de CryoNanoSIMS-methode toe te passen op koralen, om de mechanismen van symbiose en de factoren die bijdragen aan koraalverbleking en -sterfte te bestuderen.
Als je dit artikel leuk vindt, lees dan ook:
