Onze kennis van cel ultrastructuur voornamelijk afkomstig elektronenmicroscopie, die informatie kan oplossen in het bereik van enkele nanometers 1. Ondanks het feit dat zo krachtig in resolutie TEM wordt niet beschouwd als gebruiksvriendelijk, als monstervoorbereiding vereist tijdrovend en moeizaam protocollen, en vereist enige expertise van de behandelaar. Traditionele fixatie van de monsters is gecombineerd gebruik van aldehyden en osmiumtetroxide vóór verdere verwerking die uitdroging omvat, inbedding in hars en vervolgens snijden om ultra-dunne secties die vervolgens worden gekleurd met zware metalen te produceren. Het is echter bekend dat chemische fixatie artefacten waaronder eiwit aggregatie en verlies van lipiden 1 en wijzigingen membranen die uiteindelijk invloed verscheidene cellulaire compartimenten 2 kan produceren. Deze artefacten zijn grotendeels toegeschreven aan de trage fixatie en dehydratatie bij kamertemperatuur 3, 4, 5.
Cryofixatie door hoge druk invriezen (HPF) vermijdt meeste artefacten veroorzaakt door chemische fixatie. Het principe van Cryofixatie is dat het verlaagt het vriespunt van water van 20 graden, vertraagt de nucleatie en groei van ijskristallen en verhoogt de viscositeit van water in een biologisch monster zodat celbestanddelen wezen geïmmobiliseerd 6, 7. HPF afneemt a temperatuur monster met die van vloeibare stikstof, onder zeer hoge druk (210 MPa of 2.100 bar) in milliseconden. Wanneer goed uitgevoerd HPF voorkomt vorming van grote ijskristallen die grote schade aan cel ultrastructuur kan veroorzaken. HPF kan worden gebruikt om monsters van 100-200 urn dikte bepalen op typische concentraties van biologische opgeloste stoffen 7. Er zijn tal van recensies over de natuurkunde en de beginselen die ten grondslag liggen HPF, bijvoorbeeld 1, 7, 8.
Na HPF worden monsters geïncubeerd bij lage temperatuur (-78.5 ° C tot -90 &# 176, C) in de aanwezigheid van vloeibaar organisch oplosmiddel dat chemische fixatieven zoals osmiumtetroxide, meestal een paar dagen. Bij deze lage temperatuur wordt het water in het monster vervangen door het organische oplosmiddel, meestal aceton of methanol 1, 9. Daarom is deze werkwijze genoemd freeze substitutie (FS). Het monster wordt vervolgens geleidelijk verwarmd en gedurende deze tijd wordt vastgesteld, meestal met osmiumtetroxide en uranyl acetaat 9. Verknoping bij lage temperaturen heeft het voordeel vaststelling moleculen die geïmmobiliseerd 1. FS levert dus monsters van superieure kwaliteit in vergelijking met die van conventionele chemische fixatie bij kamertemperatuur vast, in het bijzonder het resulteert in een verbeterde ultrastructureel behoud, beter behoud van antigeniciteit en minder verlies van ongebonden cellulaire componenten 10, 11.
De meeste FS wordt over langere tijdsperioden uitgevoerd typisch tot enkele dagen. Dit is vooral true voor planten monsters 12, 13, 14. Een recent protocol ontwikkeld door McDonald en Webb vermindert de tijd voor FS van enkele dagen tot enkele uren 15. In hun snelvriesstrip substitutie (QFS) procedure, wordt FS over 3 uur uitgevoerd, terwijl in de supersnelle FS (SQFS) monsters worden verwerkt in 90 minuten. De kwaliteit van de monsters die door deze werkwijzen vergelijkbaar met die aan traditionele FS protocollen. We hebben de QFS protocol voor verdere verwerking van plantaardige monsters na HPF aangenomen. Het is gebleken dat niet alleen tijd, maar ook geld, zoals QFS en SQFS gebruiken gemeenschappelijke labapparatuur plaats van de dure handel verkrijgbare FS machines.
Plantenweefsels zijn vaak zeer moeilijk te bereiden TEM. Gemiddeld plantencellen groter dan zowel bacteriële of dierlijke cellen. De aanwezigheid van hydrofobe wasachtige cuticula, dikke celwanden, groot-water gevulde vacuolen bevatten organische zuren, hydrolasen en fenolische compounds die mogen nemen tot 90% van het totale celvolume 16, en de aanwezigheid van beluchte ruimtes ernstig vermindert warmtegeleidbaarheid van het systeem 17. Verder, in het geval van planten, de monsterdikte bijna altijd meer dan 20 urn, de limiet voor gebruik van chemische fixatie. Bij deze dikten, de lage warmtegeleidbaarheid van water voorkomt bevriezing percentage meer dan -10.000 ° C / sec in het midden van het monster. Dit percentage is nodig om schadelijke zeshoekige ijsvorming (ijskristallen met een lagere dichtheid en groter dan 10 tot 15 nm) te vermijden 8. Samen vormen deze huidige uitdagingen voor zowel de juiste vriespunt van het monster en de daaropvolgende FS. Toch Cryofixatie is de beste methode voor het bevestigen van planten monsters. Hier een protocol voor de HPF-QFS van plantaardige weefselmonsters wordt gepresenteerd. Het richt zich op het model soort Arabidopsis thaliana, maar is ook gebruikt met Nicotiana benthamiana. De typische resultaten tonen aan dat HPF-QFS produceert samples van vergelijkbare kwaliteit traditionele HPF-FS in een fractie van de tijd. Met de juiste aanpassingen kan dit protocol ook voor andere relatief dikke biologische monsters.