软X射线细胞结构显微镜——SXT-100

软X射线细胞结构显微镜——SXT-100

SXT-100是爱尔兰SiriusXT公司推出的一款实验室级软X射线显微镜，无需同步辐射光源，实验室即可实现细胞的亚细胞结构成像。在细胞原生状态下，经过少量的制备步骤，无需固定、染色或使用其他增强对比度的方法，即可对厚度高达15μm的整个含水细胞的亚细胞结构进行高通量成像，分辨率可达40 nm。通过检测细胞内的稀有生理现象，揭示常规电子显微镜不易观察到的亚细胞结构的关键变化。

SXT-100能够对细胞及细胞器的结构进行3D高分辨率无标记成像，能够获得细胞的整体3D结构、体积、组成，并捕捉稀有生理现象，主要应用于细胞结构分析，病毒学研究，药物研发等等。

设备原理

传统的软X射线显微镜所需的X射线需要同步辐射光源产生，意味着显微镜必须位于占地数千平方米以上的同步辐射实验室内。SXT-100的核心技术是一种小尺寸高性能软X射线光源，可放置于一般的实验室内，发射的软X射线经过特有的自愈光学元件收集、过滤并将软X射线聚焦到待成像的细胞样本上。软X射线成像在电磁波谱中的“水窗口”区域的波长下进行，水不吸收X射线，对X射线相对透明，但有机分子会吸收这些X射线，从而使软X射线图像具有高对比度。

设备特点

  细胞以接近原生状态进行成像

  最高40nm的3D超分辨成像

  多角度照射，成像更均匀

  图像具有高对比度，无需染色等对比增强方法

  具有多通道荧光成像功能

  制样步骤简单

设备参数：

测试数据：

■  淡水微绿球藻结构

■  在含ZrO纳米颗粒的环境下培养4h的H8N8细胞

■  ZrO2在H8N8细胞中的聚集

■  人支气管上皮细胞

■  海拉细胞的线粒体

应用案例

案例1：细胞内3D超微结构成像

SiriusXT 的 SXT-100 软X射线显微镜在 Cell Press 旗下《Structure》杂志发表的一篇论文研究中担当了关键成像工具： “Rapid hepatitis C virus replication machinery removal after antiviral treatment with DAA monitored by multimodal imaging

在这项合作研究中，研究人员使用了软X射线成像（SXT），在使用抗病毒药物（DAAs）治疗前后，实现了非破坏性的丙型肝炎病毒感染的肝瘤细胞的3D超微结构成像。SXT-100实现了高分辨率、原生对比度成像，观察了细胞内膜重排，揭示了病毒复制细胞器如何被药物快速清除。这项工作展示了多模态成像的强大力量——将SXT与荧光显微镜和透射电子显微镜（TEM）相结合，在细胞和亚细胞水平跟踪治疗效果。该研究以及与 Pablo Gastaminza等人的合作得到了欧盟 Horizon2020 CoCID 项目的支持，这凸显了战略性欧洲资金如何推动使用下一代成像技术进行影响深远的生物医学研究。

案例2：追踪纳米颗粒向细胞和组织中目标位点的递送

软X射线成像（SXT）可用于追踪纳米颗粒的细胞内运动，验证治疗药物向目标的递送。

下图展示了一个冷冻细胞的SXT成像结果，精细地分辨了100 nm聚苯乙烯纳米颗粒（红色）和细胞器，无需切片或脱水。这种3D结构成像精度，结合原生对比度和全体积成像，对于优化纳米医学中的纳米颗粒设计和递送至关重要。

发表文章：

•  Fahy, K., Kapishnikov, S., Donnellan, M., McEnroe, T., O'Reilly, F., Fyans, W., & Sheridan, P. (2024). Laboratory based correlative cryo-soft X-ray tomography and cryo-fluorescence microscopy. Correlative Light and Electron Microscopy V, 293.

•  Fahy, K., Weinhardt, V., Vihinen-Ranta, M., Fletcher, N., Skoko, D., Pereiro, E., ... & McEnroe, T. (2021). Compact Cell Imaging Device (CoCID) provides insights into the cellular origins of viral infections. JPhys Photonics, 3(3).

•  Kapishnikov, S., Hempelmann, E., Elbaum, M., Als‐Nielsen, J., & Leiserowitz, L. (2021). Malaria pigment crystals: The achilles′ heel of the malaria parasite. ChemMedChem, 16(10), 1515-1532.

•  Kapishnikov, S., Staalsø, T., Yang, Y., Lee, J., Perez-Berna, A. J., Pereiro, E., ... & Als-Nielsen, J. (2019). Mode of action of quinoline antimalarial drugs in red blood cells infected by Plasmodium falciparum revealed in vivo. Proceedings of the National Academy of Sciences, 116(46), 22946-22952.

•  Kapishnikov, S., Leiserowitz, L., Yang, Y., Cloetens, P., Pereiro, E., Awamu Ndonglack, F., ... & Als-Nielsen, J. (2017). Biochemistry of malaria parasite infected red blood cells by X-ray microscopy. Scientific reports, 7(1), 802.

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