New Applications of the Nuclear Microprobe for Biological Samples

The continuing development of the Nuclear Microprobe (NMP) has opened up new fields of applications in biology and medicine. Quantitative multielemental analysis in small sections of samples can be performed routinely. The use of techniques such as scanning transmission ion microscopy makes imaging as well as mass normalization possible at submicron resolution. Recent medical applications include studies on thin cryosections prepared from autopsies and biopsies, as well as single cells grown directly on the backing foil used in the NMP analyses. The purpose of the single cell analysis is often pharmacological, e.g., testing of new drugs, their uptake and distribution. New applications, for instance, in food chemistry, ecology and evolutionary genetics, are also taking advantage of the high analytical sensitivity of the NMP in combination with its imaging capability

Quantitative Elemental Mapping of Biomedical Specimens Using the Nuclear Microprobe.

Quantitative and structural elemental information is available from the nuclear microprobe through a time consuming fit of the (X-ray) spectrum at each point. An alternative technique is proposed which greatly shortens the analysis procedure and allows an increased number of samples to be processed. The method discussed here is to create elemental maps which, when they are divided by the charge/pixel and multiplied by a scaling factor, will form quantitative maps. The scaling factors are obtained from a calibration procedure comparing a large number of fitted X-ray spectra with the corresponding contents of selected energy windows. The technique also allows the reduction of artefacts due to spectral overlap, assuming that a simple background model can be used

The cysteine 34 residue of A1M/α1-microglobulin is essential for protection of irradiated cell cultures and reduction of carbonyl groups.

α1-microglobulin (A1M) is a 26 kDa plasma and a tissue protein belonging to the lipocalin family. The reductase and free radical scavenger A1M has been shown to protect cells and extracellular matrix against oxidative and irradiation-induced damage. The reductase activity was previously shown to depend upon an unpaired cysteinyl side-chain, C34, and three lysyl side-chains, K92, 118, and 130, located around the open end of the lipocalin pocket. The aim of this work was to investigate whether the cell and matrix protection by A1M is a result of its reductase activity by using A1M-variants with site-directed mutations of the C34, K92, K118, and K130 positions. The results show that the C34 side-chain is an absolute requirement for protection of HepG2 cell cultures against alpha-particle irradiation-induced cell death, upregulation of stress response and cell cycle regulation genes. Mutation of C34 also resulted in loss of the reduction capacity toward heme- and hydrogen peroxide-oxidized collagen, and the radical species 2,2´-azino-bis (3-ethyl-benzo-thiazoline-6-sulphonic acid) (ABTS). Furthermore, mutation of C34 significantly suppressed the cell-uptake of A1M. The K92, K118, and K130 side-chains were of minor importance in cell protection and reduction of oxidized collagen but strongly influenced the reduction of the ABTS-radical. It is concluded that antioxidative protection of cells and collagen by A1M is totally dependent on its C34 amino acid residue. A model of the cell protection mechanism of A1M should be based on the redox activity of the free thiolyl group of the C34 side-chain and a regulatory role of the K92, K118, and K130 residues

Metodik för snabba multielementanalyser av biologiskt material

Avsikten med detta projekt har varit att utveckla väl fungerande rutiner för PIXE-analys av biologiska prov med anknytning till exponering i arbetsmiljösituationer. Kravet på metoderna är att de tillvaratar PIXE-metodens fördelar (multielementanalys, små prov, snabb analys, låga detektionsgränser) och samtidigt förändrar eller förstör så lite som möjligt av den information som finns i de ursprungliga biologiska proven under de behandlingssteg som är nödvändiga före analysen. Ett antal standardrutiner har utvecklats med vilka man kan hantera prov som blod, lever, njure och liknande. Direkt analys av enskilda hårstrån och nagelprov kan göras utan förbehandling. Avsikten är att dessa vävnader till viss del skall tjäna som personliga monitorer för exponering,. För detta ändamål, liksom för studier av elementprofiler i hud har även protonmikrostråleteknik utnyttjats. Försök med selektiv koncentrering av vissa ämnen i urin liksom separation av serumproteiner har gjorts. Avsikten med det sistnämnda är att finna om metallbindande protein kan användas som exponeringsindikator. I det följande redogörs kortfattat för principerna, de olika prepareringsmetoderna och vilka provtyper de tillämpats på. De hänvisningar till figurer som görs syftar till figurer i slutet av rapporten

Miljöanalys med hjälp av kärnfysikalisk teknik - PIXE

Under de senaste tio åren har en känslig analysmetod för grundämnen utvecklats vid institutionen för kärnfysik vid LTH. Metoden kallas PIXE (Particle Induced X-ray Emisson) och medger att mycket små förekomster (109 – 1012 g) av grundämnen kanbestämmas i små prov. Metoden är snabb. Ett par minuters analys ger en samtidig bestämning av ett stort antal grundämnen. Analysmetoden används nu i ett stort antal laboratorier runt om i världen och har funnit tillämpning inom en rad olika områden såsom medicin, biologi, yrkes- och omgivningshygien, meteorologi, geologi samt arkeologi. I Lund har metoden huvudsakligen använts för omfattande studier av föroreningar i arbetsmiljö och yttre miljö, varför vi först redogör för vårt arbete inom dessa tillämpningsområden, varefter vi beskriver de fysikaliska principerna för analysmetoden och utvecklingsarbetet med den