Einblick in lebende Zellen

Wissenschaftler haben eine Methode entwickelt, um lebende Zellen mit energiereicher Röntgenstrahlung abzubilden. Damit konnte das Team um Britta Weinhausen von der Universität Göttingen sogar Strukturen im Nanometerbereich noch in hoher Auflösung untersuchen. Im direkten Vergleich registrierten die Forscher deutliche Unterschiede zwischen lebenden und chemisch fixierten Zellen. Die Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift „Physical Review Letters“ veröffentlicht.

Zwei helle Zellen liegen vor dunklem Hintergrund übereinander. In ihrem Inneren bergen sie große Flecken – die Zellkerne – sowie weitere, krümelige Strukturen.
Röntgenbild zweier Säugerzellen

Für Röntgenbilder von lebenden Zellen entwickelten die Forscher eine neuartige Messkammer aus einem Material, das durchlässig für Röntgenstrahlung ist und zugleich unerwünschte Streueffekte vermeidet. Weinhausen und ihre Kollegen ließen lebende Zellen auf Membranen aus Siliziumnitrid wachsen und verteilten diese anschließend über einen langen Kanal in der Messkammer. Dann bewegten sie die Zellen durch einen Röntgenstrahl von einigen Hundert Nanometern Durchmesser und nahmen Bilder auf. Während der Messung wurden die Zellen ständig mit Nährstoffen versorgt, um sie am Leben zu erhalten.

In den Lebenswissenschaften wird standardmäßig mit chemisch fixierten Zellen gearbeitet. Die Zellproben werden mittels Chemikalien wie etwa Formaldehyd so präpariert, dass ihre organischen Bestandteile nicht mehr in Wasser gelöst sind. Diese Fixierung kann zu unerwünschten Veränderungen in den Zellen führen. „Wir konnten erstmals zeigen, dass durch die chemische Fixierung im Bereich zwischen etwa dreißig und fünfzig Nanometern einige Strukturen zerstört werden und andere zusätzlich entstehen“, erläutert Koautorin Sarah Köster von der Universität Göttingen.

Die neue Methode versetzt Wissenschaftler nun in die Lage, auch gänzlich unfixierte Proben in Nanometerauflösung zu untersuchen. Im Gegensatz zu Techniken wie der Fluoreszenz- oder Elektronenmikroskopie haben Röntgenmethoden den Vorteil, dass das untersuchte System direkt, also ohne bestimmte Komponenten markieren oder anfärben zu müssen, abgebildet werden kann. Außerdem können Röntgenphotonen tiefer in die Materie eindringen als Elektronen, was eine Abbildung der inneren Struktur auch von vergleichsweise dicken Proben – etwa ganzen Zellen – ermöglicht. Die Abbildung biologischer Materie und insbesondere von lebenden Zellen mit hoher Auflösung eröffnet neue Möglichkeiten für die Untersuchung der Struktur und Funktion von Organismen.