Anwendungen für die Kryo-FIB-SEM

Phänotypisch zeichnen sich Krebszellen durch eine hohe mitochondriale Spaltungsaktivität aus: Eine potenzielle Erklärung für die Arzneimittelresistenz, die einige Krebsarten ausbilden. Erkenntnisse darüber, wie und warum sich dieser Phänotyp in Krebszellen entwickelt und welche therapeutischen Maßnahmen dagegen ergriffen werden können, können dazu beitragen, Methoden zu finden, mit denen die Progression von Krebserkrankungen verlangsamt werden kann.

In diesem Anwendungsbeispiel wird die Kryo-FIB-SEM in einem korrelativen Workflow aus Fluoreszenzbildgebung und hochaufgelöster Kryo-Elektronenmikroskopie eingesetzt. Dadurch lassen sich mitochondriale Teilungsereignisse umfassend und präzise beurteilen.

Der Prozess und das Ausmaß der Axon-Myelinisierung ist für die gesunde Funktion des Nervensystems von großer Bedeutung. Die Nachverfolgung von Veränderungen der Myelindicke bei Krankheiten oder unter anderen Bedingungen kann dazu beitragen, die Abläufe bei der Myelinisierung und Demyelinisierung besser zu verstehen. Dadurch wird es wiederum möglich, therapeutische Ansätze für die Behandlung von Erkrankungen zu entwickeln, bei denen die Myelinisierung gestört ist.

Bei der quantitativen Beurteilung der Myelindicke kommt es darauf an, die Myelin- und Axonstruktur in hoher Auflösung zu visualisieren. Die Kryofixierung bewahrt den nativen Zustand der Zellstruktur, und die kontrastreiche Erfassung mit der Kryo-FIB-SEM ermöglicht die präzise Messung der Myelindicke in 3D, ganz ohne schwermetallhaltige Kontrastmittel.

Die Ultrastrukturumgebung der löslichen amorphen Calciumphasen von Coccolithophorida lässt sich mit den klassischen wasserbasierten Präparationsprotokollen nur schwer abbilden. Mit FIB-SEM unter Kryobedingungen können vitrifizierte Meeresalgen jedoch im nahezu nativen Zustand abgebildet werden, sodass ihre Ultrastruktur in 3D wiedergegeben wird.

Das ZEISS FIB-SEM erlaubt die kontrastreiche volumetrische Bildgebung ohne zusätzliche Färbung mit schwermetallhaltigen Kontrastmitteln. Mit dem energieselektiven Rückstreuelektronendetektor (Energy selective Backscattered Detector, EsB-Detektor) von ZEISS Crossbeam lassen sich 3D-Bilder aufnehmen, die die Differenzierung reifer Coccolithen und Coccolithen in statu nascendi ermöglichen. Gleichzeitig legen die Inlens-Sekundärelektronenbilder die membrangebundenen Kompartimente offen.

Escherichia coli (E. coli) kommt natürlicherweise im Darm gesunder Menschen und Tiere vor. Das Bakterium ist in der Regel harmlos. Bestimmte Stämme können jedoch medizinische Symptome wie Durchfall, Magenschmerzen und leichtes Fieber auslösen. Ein besseres Verständnis der Struktur von E. coli und ihrer Veränderung als Reaktion auf verschiedene medizinische Wirkstoffe kann bei der Entwicklung neuer Medikamente und präventiver Maßnahmen helfen.

Die Elektronenmikroskopie von Bakterien ermöglicht eine Analyse in hoher Auflösung, die dazu beiträgt, Struktur und Funktion dieser Bakterien nachzuvollziehen. Mit der optischen Mikroskopie ist dies dagegen oft nur schwer umsetzbar. Eine auf 3D erweiterte Strukturanalyse liefert ein vollständiges Bild des Bakteriums, sodass keine Details im Volumen übersehen werden. Hierfür stehen verschiedene Verfahren zur Auswahl, die jedoch größtenteils mit Kontrastmitteln arbeiten. An diesem Punkt kommt die Kryo-FIB-SEM ins Spiel: Mit dieser Mikroskopiemethode ist es möglich, Bakterien ganz ohne Kontrastmittel in einem nahezu nativen Zustand abzubilden.