科学者が極低温顕微鏡の新たな地平を拓く

2023 年 6 月 7 日

この記事は、Science X の編集プロセスとポリシーに従ってレビューされています。 編集者は、コンテンツの信頼性を確保しながら、次の属性を強調しました。

事実確認済み

査読済みの出版物

信頼できる情報源

校正する

Sandrine Perroud著、ローザンヌ連邦工科大学エコール工科大学

EPFLの科学者らは、ノーベル賞受賞者でローザンヌ大学の名誉教授であるジャック・デュボシェ氏が約40年前に発見した方法を使用して調製された生体組織サンプルを観察するための新しい研究機器を開発した。 世界で唯一のこの種の装置は、有望な新しい研究の道を切り開きます。

アンダース・マイボム教授と彼の研究グループは、最終的にそれを完成させるまでに、ほぼ 10 年の歳月といくつかのプロトタイプを要しました。 彼らは現在、ガラス化組織サンプルの化学組成と同位体組成を分析できる機器である CryoNanoSIMS マシンを構築することにより、ナノスケール二次イオン質量分析 (NanoSIMS) として知られる分析方法を強化することに成功しました。

彼らが使用したサンプル前処理プロセスは、ヴォー州の著名な生物物理学者ジャック デュボシェによって 1980 年代に開発されました。ジャック デュボシェはその画期的な功績により 2017 年ノーベル化学賞を受賞しました。 このプロセスは現代の極低温電子顕微鏡法の基礎を形成しており、生体サンプルのすべての成分を最も自然な死後の状態で保存します。 研究グループの CryoNanoSIMS マシンと潜在的な利点については、BMC Biology に掲載された記事で説明されています。

「私たちは現在、細胞や組織サンプルの特定の栄養素が保存または使用されている場所、または特定の薬物がどこに入るのか、または入っていないのかを正確に画像生成できるようになりました。この情報を得る他の方法はありません」とマイボム氏は言う。氏は、EPFL の建築・土木・環境工学部で生物地球化学研究室を率いており、ローザンヌ大学 (UNIL) の教授でもあります。

CryoNanoSIMS マシンを使用すると、科学者は、分子が失われたり移動したりしていない、極低温で調製された生体組織サンプルを採取し、たとえば細菌感染やがんの治療に不可欠な化合物の正確な細胞内分布を直接観察できます。 科学者はこの機械を使用して、植物組織内の微量元素の分布を視覚化することもできます。これは、植物の成長と作物の生産を改善し、土壌やバイオフィルム内の環境汚染物質を追跡するために非常に重要です。 そして、これらすべては細胞以下の空間解像度で実行できます。 「当社の CryoNanoSIMS 装置はまったく新しい研究の機会を生み出します」と Meibom 氏は言います。

「私の研究室では、このユニークな機能に関する集中的な研究プログラムの開発が本格化しています。」 Meibom の CryoNanoSIMS 研究室は UNIL にあり、最先端の装置を使用して広範囲の元素および同位体表面分析を行う UNIL と EPFL の両方の研究室のコンソーシアムである高度表面分析センターの一部です。地質学から生物学まで幅広い研究テーマを扱っています。 デュボシェ氏はこの新しい機器についてコメントし、「生物化学の分野の重要な拡張」であると語った。

NanoSIMS テクノロジーは、約 20 年前に導入されたとき、すでにイメージング分野に革命をもたらしていました。 イオンビームをサンプルに照射し、解像度 100 nm の画像を生成します。 しかし、関連するサンプル前処理方法はいずれも、ある程度の組織形態の歪みや可溶性化合物の損失をもたらします。 これらの障害を克服するために、Meibom と彼のチームはサンプルを準備するための極低温プロセスを開発し、極低温サンプルに対応できるように液体窒素タンクなどの新しい物理コンポーネントを NanoSIMS マシンに追加しました。

「室温で動作する装置を、凍結した組織サンプルを何時間も冷たく安定した状態に保ちながら分析できる装置に変えるのは非常に困難でした。しかし、私たちは成功し、今では全く新しい情報を得ることができます。」とマイボム氏は言います。 「EPFL のワークショップと、特定の部品に必要な精度を達成するために協力したスイス企業の機械工学スキルがなければ、これは不可能でした。」

この研究の著者らは、スイスを含む淡水の池や湖に生息する小動物、グリーンヒドラのサンプルでCryoNanoSIMSメソッドをテストした。 CryoNanoSIMS を使用すると、この動物が多くの水生生物にとって重要な栄養素であるアンモニウムをどのように取り込み、同化するかを直接観察することができました。

次のステップは、科学者が藻類とサンゴの共生メカニズムを研究し、サンゴの白化と死につながる要因を特定できるように、この方法をマイボム氏の研究室のもう一つの専門分野であるサンゴに適用することである。

詳しくは： Anders Meibom et al、生物組織の相関クライオ SEM および CryoNanoSIMS イメージング、BMC Biology (2023)。 DOI: 10.1186/s12915-023-01623-0

雑誌情報:BMC生物学

ローザンヌ連邦エコール・ポリテクニック提供