과학자들은 극저온 현미경의 새로운 지평을 열었습니다.

2023년 6월 7일

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작성자: Sandrine Perroud, Ecole Polytechnique Federale de Lausanne

EPFL 과학자들은 노벨상 수상자이자 로잔 대학 명예 교수인 Jacques Dubochet이 약 40년 전에 발견한 방법을 사용하여 준비된 생물학적 조직 샘플을 관찰하기 위한 새로운 연구 장비를 개발했습니다. 세계 유일의 이 장비는 유망한 새로운 연구의 길을 열어줍니다.

Anders Meibom 교수와 그의 연구 그룹이 마침내 그것을 만들기까지 거의 10년이 걸렸고 여러 프로토타입이 만들어졌습니다. 그들은 이제 유리화된 조직 샘플의 화학적 및 동위원소 구성을 분석할 수 있는 도구인 CryoNanoSIMS 기계를 구축하여 나노규모 2차 이온 질량 분석법(NanoSIMS)으로 알려진 분석 방법을 향상시키는 데 성공했습니다.

그들이 사용한 샘플 준비 과정은 1980년대에 유명한 Vaud 생물물리학자 Jacques Dubochet에 의해 개발되었습니다. 그는 이러한 혁신으로 2017년 노벨 화학상을 수상했습니다. 현대 극저온 전자현미경의 기초를 형성하는 이 과정은 생물학적 시료의 모든 성분을 가장 깨끗한 사후 상태로 보존합니다. 연구 그룹의 CryoNanoSIMS 기계와 잠재적 이점은 BMC Biology에 게재된 기사에 설명되어 있습니다.

Meibom은 "이제 우리는 세포나 조직 샘플에서 특정 영양소가 어디에 저장되거나 사용되는지, 특정 약물이 들어가는지 또는 들어가지 않는지 정확하게 이미지를 생성할 수 있습니다. 이 정보를 얻을 수 있는 다른 방법은 없습니다."라고 말합니다. , EPFL 건축, 토목 및 환경 공학부 생물 지구화학 연구소 소장이자 로잔 대학교(UNIL) 교수이기도 합니다.

CryoNanoSIMS 기계를 사용하여 과학자들은 분자가 손실되거나 대체되지 않은 극저온으로 준비된 생물학적 조직 샘플을 채취하여 예를 들어 박테리아 감염 및 암 치료에 필수적인 화합물의 정확한 세포 내 분포를 직접 관찰할 수 있습니다. 과학자들은 또한 이 기계를 사용하여 식물 조직의 미량 원소 분포를 시각화할 수 있는데, 이는 식물 성장과 작물 생산을 개선하고 토양과 생물막에서 환경 오염 물질을 추적하는 데 매우 중요합니다. 그리고 이 모든 것은 세포 이하의 공간 해상도에서 이루어질 수 있습니다. Meibom은 "우리의 CryoNanoSIMS 장비는 완전히 새로운 연구 기회를 창출합니다."라고 말합니다.

"저의 연구실에서는 이 독특한 기능을 중심으로 집중적인 연구 프로그램을 개발하는 데 한창입니다." Meibom의 CryoNanoSIMS 실험실은 UNIL에 위치하고 있으며, 이곳은 최첨단 장비를 사용하여 광범위한 원소 및 동위원소 표면 분석을 수행하는 UNIL과 EPFL의 실험실 컨소시엄인 고급 표면 분석 센터의 일부입니다. 지질학에서 생물학까지 다양한 연구 주제를 다루고 있습니다. 새로운 장비에 대해 Dubochet은 "생화학 분야의 중요한 확장"이라고 설명했습니다.

NanoSIMS 기술은 약 20년 전에 소개되었을 때 이미 이미징 분야에 혁명을 일으켰습니다. 이는 이온 빔을 샘플 위로 향하게 하고 100 nm 해상도의 이미지를 생성하는 것을 수반합니다. 그러나 관련된 시료 준비 방법은 모두 어느 정도의 조직 형태 왜곡과 가용성 화합물의 손실을 초래합니다. 이러한 장애물을 극복하기 위해 Meibom과 그의 팀은 샘플 준비를 위한 극저온 프로세스를 개발하고 극저온 샘플을 수용할 수 있도록 액체 질소 탱크를 포함한 새로운 물리적 구성 요소를 NanoSIMS 기계에 추가했습니다.