För varje dag som går, mänsklig teknik blir mer förfinad och vi blir något bättre rustade att titta djupare på biologiska processer och molekylära och cellulära strukturer, därigenom få större förståelse för mekanismer bakom sjukdomar som cancer, Alzheimers, och andra.

I dag, nanoimaging, en sådan banbrytande teknik, används i stor utsträckning för att strukturellt karakterisera subcellulära komponenter och cellulära molekyler som kolesterol och fettsyror. Men det är inte utan sina begränsningar, som professor Dae Won Moon vid Daegu Gyeongbuk Institute of Technology (DGIST), Korea, ledande forskare i en ny banbrytande studie som främjar området, förklarar:"De flesta avancerade nanobildtekniker använder accelererade elektron- eller jonstrålar i miljöer med ultrahögt vakuum. För att introducera celler i en sådan miljö, man måste kemiskt fixa och fysiskt frysa eller torka dem. Men sådana processer försämrar cellernas ursprungliga molekylära sammansättning och distribution."

Prof. Moon och hans team ville hitta ett sätt att undvika denna försämring. "Vi ville tillämpa avancerade nanoavbildningstekniker i miljöer med ultrahögt vakuum på levande celler i lösning utan någon kemisk och fysisk behandling, inte ens fluorescensfärgning, att erhålla inneboende biomolekylär information som är omöjlig att erhålla med hjälp av konventionella bioavbildningstekniker, "Dr Heejin Lim, en nyckelmedlem i forskargruppen, förklarar. Deras nya lösning publiceras i Naturmetoder .

Deras teknik går ut på att placera våta celler på ett kollagenbelagt vått substrat med mikrohål, som i sin tur är ovanpå en cellodlingsmediumreservoar. Cellerna täcks sedan med ett enda lager grafen. Det är grafenet som förväntas skydda cellerna från uttorkning och cellmembran från nedbrytning.

Genom optisk mikroskopi, forskarna bekräftade att när förberedd på detta sätt, cellerna förblir livskraftiga och levande upp till tio minuter efter att de placerats i en miljö med ultrahögt vakuum. Forskarna utförde också nanoimaging, specifikt, sekundär jonmasspektrometriavbildning, i denna miljö i upp till 30 minuter. Bilderna som de tog under de första tio minuterna målar en mycket detaljerad (submikrometer) bild av den verkliga inneboende fördelningen av lipider i deras ursprungliga tillstånd i cellmembranen; under denna tid, membranen undergick ingen signifikant distorsion.

Även med denna metod dock, en kaskad av jonstrålekollisioner vid en punkt på grafenfilmen kan skapa ett tillräckligt stort hål för att några av lipidpartiklarna ska kunna fly. Men även om denna nedbrytning av cellmembranet inträffar, det är inte signifikant inom tiominutersfönstret och det finns inget lösningsläckage. Ytterligare, grafenmolekylerna reagerar med vattenmolekyler för att reparera sig själv. Så, övergripande, detta är ett bra sätt att lära sig om cellmembranmolekyler i deras ursprungliga tillstånd i hög upplösning.

"Jag föreställer mig att vår innovativa teknik kan användas i stor utsträckning av många biomedicinska avbildningslaboratorier för mer tillförlitliga bioanalyser av celler och så småningom för att övervinna komplexa sjukdomar, " säger prof. Moon.

Kommer denna innovation att bli normen? Svaret kommer med tiden!