Команда медицинских исследователей из Шарите-Медицинского университета проанализировала повреждения сфокусированными высокоэнергетическими рентгеновскими лучами в образцах костей рыб и млекопитающих в BESSY II. С помощью комбинации методов микроскопии ученые смогли задокументировать разрушение коллагеновых волокон, вызванное электронами, испускаемыми кристаллами минерала. Исследователи заключают, что рентгеновские методы могут повлиять на образцы костей при измерении в течение длительного времени.

Их выводы опубликованы в журнале Nature Communications.

Давно известно, что при превышении определенной дозы рентгеновские лучи повреждают живые ткани, поэтому существуют четкие медицинские показания к рентгеновским лучам, чтобы свести радиационное облучение к минимуму. В фундаментальных исследованиях свойств и характеристик минерализованных образцов тканей, таких как кость, исследователи полагаются на все более мощные источники рентгеновского излучения.

Кости рыб и млекопитающих

"До сих пор девизом на самом деле было: чем больше поток и выше энергия, тем лучше, потому что вы можете достичь большей глубины резкости и более высокого разрешения с помощью более интенсивных рентгеновских лучей", - говорит доктор Пол Заслански из Charité-Universitätsmedizin. Заслански и его команда в настоящее время проанализировали образцы костей рыб и млекопитающих на MySpot beamline в BESSY II.

BESSY II генерирует хорошо охарактеризованный широкий спектр рентгеновских лучей, точно сфокусированных в промежуточном диапазоне энергий, что позволяет проникнуть в тончайшие структуры и даже химические и физические процессы в материалах. "Благодаря чувствительным детекторам и довольно мягким условиям облучения в BESSY II по сравнению с более жесткими рентгеновскими синхротронными источниками, мы смогли продемонстрировать на наших различных образцах костей, что коллагеновые волокна повреждаются при поглощении излучения в минеральных нанокристаллах", - говорит Заслански.

Визуализация белковых волокон

"Мы исследовали образцы с помощью лазерной сканирующей микроскопии поколения второй гармоники для визуализации белковых волокон", - объясняет первый автор Катрейн Зауэр, которая защищает докторскую диссертацию в команде Заслански. Вместе с экспертом HZB доктором Иво Зизак, она облучала образцы костей щуки, свиней, крупного рогатого скота и мышей точно откалиброванным рентгеновским излучением.

Лучи оставили разрушительный след, который хорошо виден на конфокальных изображениях и изображениях электронной микроскопии. "Высокоэнергетические фотоны рентгеновского излучения запускают каскад электронных возбуждений. Ионизация кальция и фосфора в минерале затем повреждает белки, такие как коллаген в кости", - говорит Зауэр. Разрушение коллагена увеличивается с увеличением продолжительности облучения, но также проявляется даже при коротком облучении при высоком потоке.

Минимальные дозы для исследований на живых материалах

"Рентгеновские методы считаются неразрушающими при исследовании материалов, но, по крайней мере, для исследований костных тканей это неверно", - говорит Заслански. "Мы должны быть более осторожны в фундаментальных медицинских исследованиях, чтобы не повредить те самые структуры, которые мы на самом деле хотим проанализировать". Итак, как и везде в медицине, и даже когда нет живых тканей и ДНК, которые можно повредить, все сводится к использованию минимальной дозы, чтобы получить информацию, отражающую материальное состояние, не нанося ущерба.

Примечание: Рентгеновские лучи, производимые в BESSY II, примерно в десять тысяч раз интенсивнее, чем рентгеновские лучи, используемые для медицинских осмотров (для рентгеновских снимков сломанной ноги Федеральное управление радиационной защиты Германии назначает дозу 0,01 миллизиверта). Рентгеновские методы чрезвычайно полезны для медицинских осмотров.