Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Forscher röntgen lebende Krebszellen

27.02.2014

Göttinger Wissenschaftler haben an DESYs Forschungslichtquelle PETRA III erstmals lebende biologische Zellen mit hochenergetischer Röntgenstrahlung untersucht.

Die neue Technik zeigt deutliche Unterschiede der inneren Zellstruktur im Vergleich zu toten, sogenannten chemisch fixierten Zellen, wie sie häufig analysiert werden. "Mit dem neuen Verfahren haben wir erstmals Gelegenheit, die innere Struktur lebender Zellen in ihrer natürlichen Umgebung mit harter Röntgenstrahlung zu erkunden", betont Arbeitsgruppenleiterin Prof. Sarah Köster vom Institut für Röntgenphysik der Universität Göttingen. Die Forscher stellen ihre Arbeit an diesem Freitag im Fachjournal "Physical Review Letters" vor.

Dank der immer feineren Untersuchungstechniken können Wissenschaftler biologische Zellen heute auf der Ebene einzelner Moleküle erforschen. Häufig werden die Zellen chemisch fixiert, bevor sie mit dem Licht-, Röntgen- oder Elektronenmikroskop untersucht werden. Dazu werden sie in einer Art Konservierungsmittel gebadet, das sämtliche Organellen der Zelle und selbst die vorhandenen Proteine an Ort und Stelle fixiert.

"Dabei lässt sich nicht vermeiden, dass man die innere Struktur dieser Zellen geringfügig verändert", betont Köster. "Mit unserer Untersuchung konnten wir diese Differenzen nun erstmals im direkten Vergleich zeigen." 

Für ihre Analyse verwendete das Team Krebszellen aus der Nebennierenrinde. Diese Zellen ließen sie auf einem Träger aus Siliziumnitrit wachsen, der für Röntgenlicht nahezu durchsichtig ist. Um die Zellen während der Untersuchung am Leben zu erhalten, wurden sie in der Messkammer über feine, nur 0,5 Millimeter breite Kanäle mit Nährstoffen versorgt und gleichzeitig ihre Stoffwechselprodukte abgepumpt.

"Die biologischen Zellen befinden sich somit in einer Probenumgebung, die ihrer natürlichen Umgebung sehr nahe kommt", erläutert Erstautorin Dr. Britta Weinhausen aus der Gruppe von Köster.

Die Experimente wurden am sogenannten Nanofokus-Setup (GINIX) der Messstation P10 durchgeführt. Mit dem hellen Röntgenstrahl von PETRA III rasterten die Wissenschaftler die Zellen ab, um Information über ihre innere Nanostruktur zu gewinnen. "Um die lebenden Zellen nicht zu schnell zu beschädigen, haben wir jede Aufnahme nur 0,05 Sekunden belichtet", erläutert Ko-Autor Dr. Michael Sprung von DESY. "Dank der hohen Brillanz von PETRA III in Verbindung mit dem darauf abgestimmten GINIX-Aufbau lassen sich dabei noch Nanometer-kleine Strukturen messen."

Mit Hilfe dieser sogenannten Nanodiffraktion untersuchten die Forscher lebende Zellen und chemisch fixierte Zellen und verglichen anhand der Röntgenstreubilder die innere Struktur der Zellen. Ergebnis: Auf der Größenskala von 30 bis 50 Nanometern (millionstel Millimetern) kommt es durch die chemische Fixierung zu merklichen Unterschieden in der Zellstruktur.

"Durch die immer höheren Auflösungen der verschiedenen Untersuchungsmethoden wird es immer wichtiger zu wissen, ob sich die innere Struktur verändert, wenn wir die Proben präparieren", erläutert Köster. Mit der neuen Untersuchungstechnik wird es künftig möglich, unveränderte lebende Zellen mit hoher Auflösung zu untersuchen. Zwar haben andere Methoden eine noch höhere Auflösung als die Röntgenstreuung, erfordern jedoch eine chemische Fixierung oder aufwendige und invasive Präparation der Zellen. Mit weniger energiereicher, sogenannter weicher Röntgenstrahlung sind bereits Untersuchungen an lebenden Zellen gemacht worden, allerdings ermöglicht erst die Analyse von Streubildern, die mit harter Röntgenstrahlung aufgenommen wurden, Strukturgrößen bis hinunter zu zwölf Nanometern zu untersuchen.

Das Deutsche Elektronen-Synchrotron DESY ist das führende deutsche Beschleunigerzentrum und eines der führenden weltweit. DESY ist Mitglied der Helmholtz-Gemeinschaft und wird zu 90 Prozent vom BMBF und zu 10 Prozent von den Ländern Hamburg und Brandenburg finanziert. An seinen Standorten in Hamburg und Zeuthen bei Berlin entwickelt, baut und betreibt DESY große Teilchenbeschleuniger und erforscht damit die Struktur der Materie. Die Kombination von Forschung mit Photonen und Teilchenphysik bei DESY ist einmalig in Europa.

Weitere Informationen:

http://Text und Bilder unter:
http://www.desy.de/

Dr. Thomas Zoufal | idw - Informationsdienst Wissenschaft

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Wie Reize auf dem Weg ins Bewusstsein versickern
22.09.2017 | Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn

nachricht Lebendiges Gewebe aus dem Drucker
22.09.2017 | Universitätsklinikum Freiburg

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: The pyrenoid is a carbon-fixing liquid droplet

Plants and algae use the enzyme Rubisco to fix carbon dioxide, removing it from the atmosphere and converting it into biomass. Algae have figured out a way to increase the efficiency of carbon fixation. They gather most of their Rubisco into a ball-shaped microcompartment called the pyrenoid, which they flood with a high local concentration of carbon dioxide. A team of scientists at Princeton University, the Carnegie Institution for Science, Stanford University and the Max Plank Institute of Biochemistry have unravelled the mysteries of how the pyrenoid is assembled. These insights can help to engineer crops that remove more carbon dioxide from the atmosphere while producing more food.

A warming planet

Im Focus: Hochpräzise Verschaltung in der Hirnrinde

Es ist noch immer weitgehend unbekannt, wie die komplexen neuronalen Netzwerke im Gehirn aufgebaut sind. Insbesondere in der Hirnrinde der Säugetiere, wo Sehen, Denken und Orientierung berechnet werden, sind die Regeln, nach denen die Nervenzellen miteinander verschaltet sind, nur unzureichend erforscht. Wissenschaftler um Moritz Helmstaedter vom Max-Planck-Institut für Hirnforschung in Frankfurt am Main und Helene Schmidt vom Bernstein-Zentrum der Humboldt-Universität in Berlin haben nun in dem Teil der Großhirnrinde, der für die räumliche Orientierung zuständig ist, ein überraschend präzises Verschaltungsmuster der Nervenzellen entdeckt.

Wie die Forscher in Nature berichten (Schmidt et al., 2017. Axonal synapse sorting in medial entorhinal cortex, DOI: 10.1038/nature24005), haben die...

Im Focus: Highly precise wiring in the Cerebral Cortex

Our brains house extremely complex neuronal circuits, whose detailed structures are still largely unknown. This is especially true for the so-called cerebral cortex of mammals, where among other things vision, thoughts or spatial orientation are being computed. Here the rules by which nerve cells are connected to each other are only partly understood. A team of scientists around Moritz Helmstaedter at the Frankfiurt Max Planck Institute for Brain Research and Helene Schmidt (Humboldt University in Berlin) have now discovered a surprisingly precise nerve cell connectivity pattern in the part of the cerebral cortex that is responsible for orienting the individual animal or human in space.

The researchers report online in Nature (Schmidt et al., 2017. Axonal synapse sorting in medial entorhinal cortex, DOI: 10.1038/nature24005) that synapses in...

Im Focus: Tiny lasers from a gallery of whispers

New technique promises tunable laser devices

Whispering gallery mode (WGM) resonators are used to make tiny micro-lasers, sensors, switches, routers and other devices. These tiny structures rely on a...

Im Focus: Wundermaterial Graphen: Gewölbt wie das Polster eines Chesterfield-Sofas

Graphen besitzt extreme Eigenschaften und ist vielseitig verwendbar. Mit einem Trick lassen sich sogar die Spins im Graphen kontrollieren. Dies gelang einem HZB-Team schon vor einiger Zeit: Die Physiker haben dafür eine Lage Graphen auf einem Nickelsubstrat aufgebracht und Goldatome dazwischen eingeschleust. Im Fachblatt 2D Materials zeigen sie nun, warum dies sich derartig stark auf die Spins auswirkt. Graphen kommt so auch als Material für künftige Informationstechnologien infrage, die auf der Verarbeitung von Spins als Informationseinheiten basieren.

Graphen ist wohl die exotischste Form von Kohlenstoff: Alle Atome sind untereinander nur in der Ebene verbunden und bilden ein Netz mit sechseckigen Maschen,...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

11. BusinessForum21-Kongress „Aktives Schadenmanagement"

22.09.2017 | Veranstaltungen

Internationale Konferenz zum Biomining ab Sonntag in Freiberg

22.09.2017 | Veranstaltungen

Die Erde und ihre Bestandteile im Fokus

21.09.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

11. BusinessForum21-Kongress „Aktives Schadenmanagement"

22.09.2017 | Veranstaltungsnachrichten

DFG bewilligt drei neue Forschergruppen und eine neue Klinische Forschergruppe

22.09.2017 | Förderungen Preise

Lebendiges Gewebe aus dem Drucker

22.09.2017 | Biowissenschaften Chemie