Forskare har utvecklat en ny teknik för att fånga bilder av en cellkärna i oöverträffade detaljer, banar väg för nya insikter om mänskliga sjukdomar och åldrande.

Genom att använda en ny självlysande sond för att lysa upp cellkomponenter, forskare vid Institutionen för kemi vid University of Sheffield har tagit slående 3D-bilder av DNA i kärnor på skalor under 40 nanometer (en nanometer =en miljarddels meter).

Sondens unika egenskaper gör den bättre lämpad för användning i superupplöst mikroskopi än befintliga sonder, som inte är tillräckligt stabila för att drabbas av långa bestrålningsperioder under intensivt ljus som denna gren av mikroskopi kräver.

Sree Sreedharan, doktorand vid kemiska institutionen, utvecklat sonden baserad på kemikalien Ruthenium, i samarbete med Rutherford Appleton Laboratory i Oxford och forskare vid Sheffields avdelningar för biomedicinsk vetenskap, och fysik och astronomi.

Hans handledare, Professor Jim Thomas sa:"Eftersom sonden är stabil som en sten - även i det mest intensiva laserljuset - kan vi ta många lager av bilder för att konstruera slutgiltiga, mycket detaljerad, 3D -strukturer som visar DNA i kärnan.

"Eftersom DNA ger ritningarna för livet, superupplösningsstudier hjälper till att förstå hur det lagras, läsa, och bearbetas. Sådana studier kommer att ge nya insikter om utveckling av sjukdomar som cancer och kanske till och med de cellulära processerna som är involverade i åldrandet. "

Genom att undersöka hur friska celler fungerar och vad som händer när de fungerar, forskare kan nå en djupare förståelse för hur livet fungerar på sin mest grundläggande nivå, och utveckla nya läkemedel och behandlingar mot sjukdomar.

Dock, cellerna är mikroskopiska, transparent, och oftast färglös. För att se dem genom mikroskop, forskare använder självlysande sonder som binder till och "lyser upp" cellkomponenter. Även om detta tillvägagångssätt har massivt avancerat vår förståelse av cellfunktion, alla funktioner som är mindre än cirka 300 nanometer kan inte särskiljas med vanliga ljusbaserade mikroskop.

Superupplösta mikroskop har utvecklats under det senaste decenniet, som kan, under rätt omständigheter, fungerar i mycket mindre skala. Eric Betzig, Stefan W. Hell och William E. Moerner tilldelades Nobelpriset i kemi 2014 för sitt arbete inom detta område.

Utmaningen för kemister är att utveckla nya sonder med optiska egenskaper som uppfyller de krav som dessa avancerade tekniker ställer på dem - till exempel STED (stimulerad utsläppsminskning) mikroskopi behöver sonder som är exceptionellt fotokemiskt stabila.

Den nya Ruthenium-baserade sonden utvecklades för användning vid skanning av transmissionselektronmikroskopi (STEM) och fynd har publicerats online i Journal of the American Chemical Society . Forskningen slutfördes som en del av University of Sheffield's Imagine:Imaging Life -projekt, som använder revolutionerande mikroskopitekniker för att svara på några av de största frågorna inom biologi och medicin.