Их результаты опубликованы в журнале Nature Communications.
Давно известно, что при превышении определенной дозы рентгеновские лучи повреждают живые ткани, поэтому существуют четкие медицинские показания для рентгеновского облучения, чтобы свести радиационное воздействие 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 на самом деле девизом было: чем больше поток и выше энергия, тем лучше, потому что вы можете добиться большей глубины резкости и более высокого разрешения с помощью более интенсивных рентгеновских лучей», — говорит доктор Пол Заслански из Charité-Universitätsmedizin.
Заслански и его команда 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 ученые смогли продемонстрировать на различных образцах костей, что коллагеновые волокна повреждаются поглощением излучения в минеральных нанокристаллах.
Визуализация белковых волокон
Эксперты исследовали образцы с помощью лазерной сканирующей микроскопии поколения второй гармоники для визуализации белковых волокон. В ходе исследования они облучали образцы костей щуки, свиней, крупного рогатого скота и мышей точно откалиброванным рентгеновским светом.
Лучи оставили след разрушения, который хорошо виден на изображениях конфокальной и электронной микроскопии.
«Высокоэнергетические фотоны от рентгеновского излучения запускают каскад электронных возбуждений. Ионизация кальция и фосфора в минерале затем повреждает белки, такие как коллаген в кости, — говорит первый автор исследования Катрейн Зауэр. — Разрушение коллагена увеличивается с увеличением продолжительности облучения, но также проявляется даже при коротком облучении при высоком потоке».
Минимальные дозы для исследования живых материалов
Рентгеновские методы считаются неразрушающими при исследовании материалов, но, по крайней мере, для исследований костных тканей это неверно.По этой причине исследователи предлагают быть более осторожными в фундаментальных медицинских исследованиях, чтобы не повредить те самые структуры, которые ученые исследуют. Таким образом, 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 состояние материала, не нанося ущерба.
Примечание: рентгеновские лучи, полученные в BESSY II, примерно в десять тысяч раз интенсивнее, чем рентгеновские лучи, используемые для медицинских обследований (для рентгеновских снимков сломанной ноги Федеральное управление радиационной защиты Германии дает дозу 0,01 миллизиверта). Рентгеновские методы чрезвычайно полезны для медицинских обследований.