在生物学的世界里，科学家们正在使用先进的成像技术深入研究单个细胞内部复杂的结构和过程。通过结合硬X射线计算机断层扫描和X射线荧光成像，美国能源部布鲁克海文国家实验室的研究人员在无损伤细胞脆弱成分的情况下对细胞内部工作机制的可视化取得了重大进展。他们的开创性工作已在通讯生物学中记录。
理解纳米尺度下细胞结构、化学相互作用和生物信号的复杂性对医学和农业等多个领域具有深远的影响。这项研究不仅增强了我们可视化细胞内部世界的能力，还为改进生物成像工具和技术的发展奠定了基础。
深入细胞核心
在开始成像过程之前，研究人员面临着准备细胞样本的挑战。选择研究一种来自人胚胎肾(Human Embryonic Kidney, HEK) 293细胞系的细胞，该细胞因其生长容易但容易受到X射线损伤而受到关注，团队进行了精细的样本强化过程。研究人员使用了多聚甲醛进行保存、用液态乙烷快速冷冻和冷冻干燥以保持细胞结构，准备好样本以便在显微镜下成像。
尽管细胞的尺寸微小（直径约12-15微米），在多次X射线测量中确保其结构完整性成为一个重要的障碍。为了解决这个问题，科学家们开发了标准化的样品支架以保持稳定性，并利用光学显微镜进行精确的细胞定位和成像，从而将X射线暴露降到最低。
利用多种成像技术
在国家同步辐射光源II（NSLS-II）上，研究人员利用X射线计算机断层扫描（XCT）和X射线荧光（XRF）显微镜获得了细胞的物理结构和化学组成的见解。XCT在FXI光束线上运作，揭示了细胞的横截面视图，类似于医学CT扫描。XRF显微镜在SRX光束线上提供了细胞内化学元素分布的详细信息，有助于理解生物功能。
XCT和XRF成像的结合方法提供了对生物研究至关重要的互补信息。研究人员计划即将上线的定量细胞断层扫描（QCT）光束线，力图通过低温软X射线断层扫描增强生物成像能力，以便进行详细的细胞分析。
展望未来的发现
通过深入研究细胞结构，研究人员不仅揭开了人类细胞内部的神秘面纱，还获得了对病原体与宿主相互作用、共生关系和植物疾病的洞察。能够在分子水平上可视化细胞相互作用为理解传染病、开发靶向治疗以及增强作物对有害病原体的抵抗力开辟了大门。
国家实验室与大学之间的合作正在揭示植物中分子相互作用的奥秘，例如高粱对病原真菌的防御机制。通过利用先进的成像技术，科学家们正在揭示细胞内的微观斗争，为应对疾病和增强农业韧性提供量身定制的解决方案铺平了道路。
这项开创性工作得到了布鲁克海文实验室指导研究与发展基金和能源部科学办公室的支持，展现了同步辐射科学在揭示细胞生物学隐秘领域的强大力量。
