Weltpremiere: Mikroskop zeigt erstmals bewegte Proteinkomplexe live

Wissenschaftler haben ein neuartiges Mikroskop entwickelt, das erstmals die Beobachtung nanoskaliger biologischer Prozesse in Echtzeit und in hoher Detailgenauigkeit realisiert. Diese Technik eröffnet faszinierende Perspektiven für Medizin und andere Bereiche.

Durchbruch: Bio-Nano-Prozesse live unter dem Mikroskop

Traditionell mussten Forscher zwischen detaillierten, aber unbeweglichen Proben und lebenden, jedoch grob aufgelösten Materialien wählen. Das neue Mikroskop der Wissenschaftler der Radboud-Universität in Nijmegen, Niederlande, kombiniert die Vorteile beider Ansätze und kann biologische Prozesse so detailliert abbilden, dass bewegte Proteinkomplexe sichtbar werden. Sie taufen ihren Ansatz "Cryogenic transmission electron microscopy (cryoTEM)".

Dabei wird zunächst eine ultradünne Graphenschicht (Graphene Liquid Cell) um das biologische Gewebe aufgebracht. Grafen, ein Material, das aus einer einzigen Schicht von Kohlenstoffatomen besteht, dient als ultradünnes, "elektronentransparentes Fenster", das die Interaktion des Elektronenstrahls mit der Probe reduziert und die Bildung reaktiver chemischer Spezies (Radiolyse) vermeidet.


Nach dem Auftragen der Graphenschicht wird das Gewebe sofort durch "Plunge-Freezing" in flüssigem Ethan eingefroren. Dieser Schritt ist entscheidend, um die biologischen Prozesse zunächst zu stoppen und die Probe für die Analyse vorzubereiten. Das schnelle Einfrieren stellt sicher, dass die Struktur des Gewebes und die damit verbundenen Prozesse für die weitere Untersuchung erhalten bleiben.

Nachdem das Gewebe eingefroren ist, erfolgt die Identifikation des spezifischen Bereichs, der untersucht werden soll, mithilfe eines Lichtmikroskops. Bei diesem Schritt können die Forscher präzise bestimmen, welcher Teil des Gewebes analysiert werden soll. Danach wird die Probe in das neue Elektronenmikroskop transferiert. Dort wird sie in einer Flüssigkeit gemessen und erwärmt, um die biologischen Aktivitäten wieder zu aktivieren.

Herzforschung profitiert

Die Forscher haben diese Technik laut der Beschreibung in Advanced Functional Materials genutzt, um den Prozess der Arterienverkalkung zu untersuchen. Dabei beobachten sie, wie Calciumphosphat im Blut mit speziellen Proteinen interagiert. "Wir sehen, dass diese Proteine winzige Kugeln mit Calciumphosphat bilden, die abgebaut werden können, aber auch zu stabilen Ablagerungen wachsen können", beschreibt Doktorand Luco Rutten.

Sommerdijk plant, die Technik weiterzunutzen, um ein "Herzklappenmodell auf einem Chip" zu entwickeln, das helfen soll, die Mechanismen der Verkalkung besser zu verstehen. Diese Fortschritte könnten langfristig neue Ansätze zur Behandlung von Herzerkrankungen bieten.


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