Elektronenmicroscopen kunnen heel ver inzoomen, en daarmee elke kleine structuur in de cel zichtbaar maken. Daardoor zijn ze veel nauwkeuriger dan lichtmicroscopen, die al veel langer gebruikt worden. “Maar een elektronenmicroscoop toont beelden altijd in grijstinten,” legt Giepmans uit. “Wij hebben nu laten zien dat het met behulp van deze detector mogelijk is om kleuren aan te brengen. Je kunt het vergelijken met Google Earth: met behulp van satellietbeelden zie je aardig hoe een stukje van de aarde eruit ziet, maar als je wegen en steden inkleurt, kun je je veel beter oriënteren. Zo kun je door het kleuren van moleculen beter laten zien naar welke biologische structuren je precies kijkt.”
Elementen in beeld brengen
De onderzoekers hebben gebruik gemaakt van een detector die ontwikkeld is voor materiaalkunde. De Delftse teamleider Jacob Hoogenboom: “Wij hadden deze detector aangeschaft om heel kleine structuren voor de halfgeleider-industrie te onderzoeken. Voor andere projecten werkten we al samen met het UMCG. Daar had men gewerkt met soortgelijke technieken om biologische preparaten in te kleuren, wat echter maar twee kleuren opleverde. Zo is het idee ontstaan om dat ook met deze detector te onderzoeken.” De detector is in staat om elk bouwblokje van moleculen apart te detecteren, zoals stikstof, fosfor of zwavel, maar ook ijzer en andere metalen. Giepmans: “DNA bevat bijvoorbeeld veel fosfor. Als we de fosfor in een cel een kleurtje geven, kunnen we precies zien waar het DNA ligt.”
Toepassing
De onderzoekers pasten de techniek toe op hun eigen onderzoeksgebied: type 1 diabetes. “We hebben gekeken naar cellen van de alvleesklier van een rat die gevoelig is voor type 1 diabetes. Daarin konden we heel duidelijk de verschillende soorten cellen in de alvleesklier laten zien: insuline-producerende cellen krijgen een kleur door de zwavel, want dat zit veel in insuline, terwijl cellen die glucagon produceren een andere kleur krijgen, omdat dat hormoon weer andere elementen bevat.” Weefsel werd in kaart gebracht in Groningen, opgestuurd naar Delft en vervolgens met de nieuwe detector op bepaalde plekken verder geanalyseerd. Dat leidde tot opvallende waarnemingen. “We konden zien dat er bij deze rat stoffen zaten op plekken in de alvleesklier waar ze normaal niet zitten,” legt Giepmans uit. “Met subsidie vanuit Europa gaan we de komende tijd verder onderzoeken of dit iets te maken heeft met diabetes. Zo zie je dat de techniek in de praktijk nu al bijdraagt aan wetenschappelijke kennis”. Het UMCG heeft inmiddels ook een eigen detector voor ‘kleurenEM’ en Giepmans krijgt uit binnen- en buitenland ook al celmateriaal toegestuurd om met deze nieuwe techniek te testen.
Een techniek voor iedereen
De onderzoekers zijn niet de eersten die elementen kleurden in een elektronenmicroscoop. “In eerder onderzoek konden ze maar twee stoffen kleuren. Wij kunnen nu heel veel verschillende elementen tegelijkertijd meten en kleuren.” Giepmans had de droom al langer. “Ik wist dat het mogelijk moest zijn, ik droomde hier al lang van. Maar het kwam pas van de grond toen we gingen samenwerken met Delft en hun detector op onze weefsels toepasten.
Een interdisciplinaire samenwerking dus, die tot concrete resultaten heeft geleid. “Wat misschien nog wel het mooiste is van deze techniek, is dat het betaalbaar is. Het is echt een nieuwe tool voor microscopie die we nu al voor veel onderzoeksgroepen toepassen.”