Kính hiển vi điện tử Cryo-electron microscope (Cryo-EM) là một trong những dòng kính hiển vi điện tử truyền qua (Transmission electron microscope-TEM) được thiết kế đặc biệt để duy trì nhiệt độ đông lạnh trong buồng mẫu. So với TEM truyền thống, kính hiển vi Cryo-EM cũng có bộ công nghệ tự động hóa và xử lý mẫu, giúp tăng tính dễ sử dụng và đảm bảo có thể thu thập lượng dữ liệu chất lượng cao tối đa cho mỗi mẫu. Các dòng kính hiển vi Cryo-EM có thể duy trì các điều kiện đông lạnh trong thời gian 72 giờ trong Krios Cryo-TEM và tối đa 24 giờ trong Glacios hoặc Tundra Cryo-TEM, cho phép các nhà nghiên cứu thu thập tất cả dữ liệu để tạo ra một bản tái tạo chất lượng cao nhất có thể.

Cryo-EM làm lạnh các mẫu đến nhiệt độ tinh thể hóa nhanh đến mức nó ngăn các phân tử nước kết tinh, duy trì được cấu trúc phân tử ở trạng thái tự nhiên. Sau khi được tinh thể hóa, một loạt các kỹ thuật EM có thể được sử dụng để trực quan hóa mẫu vật ở chế độ 3D ở nhiều độ phân giải khác nhau—bao gồm cả độ phân giải gần bằng nguyên tử—cho phép các nhà khoa học hiểu sâu hơn, toàn diện hơn so với trước đây.

Việc tìm hiểu cấu trúc protein và phức hợp protein phải đối mặt với nhiều thách thức. Protein rất phức tạp về mặt sinh học và nhiều loại nổi tiếng là khó kiểm tra bằng các phương pháp truyền thống như tinh thể học tia X và cộng hưởng từ hạt nhân (NMR).

Với cryo-EM, các nhà nghiên cứu có thể quan sát protein ở tất cả các hình dạng, cấu trúc và dạng biến đổi phức tạp của chúng và có thể xem xét nhiều dạng protein trong một mẫu. Cryo-EM loại bỏ sự cần thiết của các bước tinh thể hóa, giải quyết các mối lo ngại về độ tinh khiết và tính không đồng nhất, đồng thời cấu trúc protein 3D được tạo ra cho phép các nhà khoa học nghiên cứu chức năng protein bên trong tế bào, điều này rất quan trọng để hiểu cách chúng hoạt động, vai trò của chúng đối với bệnh học và cách chúng đáp ứng với các liệu pháp. Cryo-EM đã trở thành phương pháp được các nhà khoa học trên khắp thế giới lựa chọn, tạo ra những bước đột phá trong nghiên cứu về bệnh truyền nhiễm, bệnh thoái hóa thần kinh và ung thư trong số những bệnh khác.

Các ứng dụng quan trọng của Cryo-EM

1. Nghiên cứu các cấu trúc sinh học

Cryo-Em có thể cho phép phân tích cấu trúc của các mục tiêu sinh học phức tạp như phức hợp lớn, các loài và các protein màng.

2. Nghiên cứu các bệnh truyền nhiễm

Các kỹ thuật Cryo-EM cho phép quan sát đa chiều các cấu trúc sinh học 3D ở trạng thái gần như tự nhiên của chúng, tối ưu cho sự phát triển phương pháp trị liệu nhanh hơn, hiệu quả hơn.

3. Nghiên cứu thuốc

Tìm hiểu cách tận dụng thiết kế thuốc hợp lý cho nhiều nhóm thuốc mục tiêu chính, nghiên cứu và phát triển các loại thuốc tốt nhất.

4. Nghiên cứu sinh học thực vật

Nghiên cứu cơ bản về sinh học thực vật được nghiên cứu bằng kính hiển vi điện tử lạnh, cung cấp thông tin về protein (với phân tích hạt đơn lẻ), đến bối cảnh tế bào của chúng (với chụp cắt lớp), cho đến cấu trúc tổng thể của thực vật (phân tích khối lượng lớn).

5. Nghiên cứu bệnh lý

Kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) được sử dụng khi bản chất của bệnh không thể xác định được bằng các phương pháp thay thế. Với hình ảnh sinh học nano, TEM cung cấp cái nhìn sâu sắc chính xác và đáng tin cậy cho một số bệnh lý nhất định.

6. Nghiên cứu ung thư

Trong nghiên cứu ung thư, các mục tiêu điều trị tiềm năng ở mức độ protein phần lớn vẫn chưa được khám phá do tính phức tạp vốn có của chúng. Cryo-EM được sử dụng để phân tích cấu trúc của các protein màng liên quan đến ung thư và các phức hợp đại phân tử.

7. Nghiên cứu bệnh thoái hóa thần kinh

Cryo-EM có thể xác định các đặc điểm cấu trúc của các tập hợp protein liên quan đến các bệnh thoái hóa thần kinh, cho phép các nhà khoa học giải quyết cách chúng hình thành, tương tác với môi trường tế bào và thay đổi chức năng não.