Mit einer Röntgen-Kombinationstechnik kann ein Hamburger Forscherteam kleinste Mengen verschiedener Metalle in biologischen Proben mit sehr hoher Auflösung lokalisieren. Die Methode kann beispielsweise zur Kartierung des Kalziumgehalts in menschlichem Knochen eingesetzt werden.
Experimentelle Untersuchungen zur Knochenmineralisierung werden normalerweise an kleinen Knochenscheiben durchgeführt. Allerdings wird auf diese Weise meist nur der Gesamtgehalt an Kalzium abgebildet. Um ein echtes Maß für die Kalziumkonzentration zu erhalten, muss man die oft variierende Dicke der Probe korrigieren. Das Team verwendete eine simultan aufgenommene Ptychografie, um in der Karte der Kalziumverteilung in der Knochenprobe diese sogenannte Massendickenverzerrung zu korrigieren. Mit diesem Ansatz konnte an bestimmten Stellen im Knochen ein lokal niedrigerer Kalziumgehalt beobachtet werden, was dazu beiträgt, den Prozess von Knochenerkrankungen besser zu verstehen und die Wirkung von Veränderungen der Knochenmineralisierung bei Patienten zu quantifizieren.
Um die Methode noch weiter zu verbessern, wollen die Forscher die Analyse in Zukunft auf dreidimensionale Messungen ausweiten. Der Versuchsaufbau wird derzeit erweitert, um die Erfassung von dreidimensionalen, tomografischen Datensätzen zu ermöglichen.
An der Arbeit waren Forscher des Forschungszentrums Borstel in Leibniz, des Paul-Scherrer-Instituts in der Schweiz, des Karlsruher Instituts für Technologie, des Universitätsklinikums Hamburg-Eppendorf und des Teilchenbeschleunigerzentrums DESY in Hamburg beteiligt.
Quelle:
Deutsches Elektronen-Synchrotron (DESY)
Literatur:
Stachnik K et al.: Multimodal X-ray imaging of nanocontainer-treated macrophages and calcium distribution in the perilacunar bone matrix. Scientific Reports 2020; 10: 1784