Raggi X-Immagine Credit Public Domain-
Un team di ricercatori della Charité-Universitätsmedizin ha analizzato i danni provocati dai raggi X concentrati ad alta energia in campioni di ossa di pesci e mammiferi presso BESSY II. Con una combinazione di tecniche di microscopia, gli scienziati sono stati in grado di documentare la distruzione delle fibre di collagene indotta dagli elettroni emessi dai cristalli minerali. “I metodi a raggi X potrebbero avere un impatto sui campioni ossei se monitorati per lungo tempo”, concludono i ricercatori.
I loro risultati sono stati pubblicati sulla rivista Nature Communications.
È noto da tempo che oltre una certa dose, i raggi X danneggiano i tessuti viventi, quindi ci sono chiare indicazioni mediche di mantenere l’esposizione alle radiazioni al minimo. Nella ricerca di base sulle proprietà e le caratteristiche dei campioni di tessuto mineralizzato come l’osso, i ricercatori si affidano a sorgenti di raggi X sempre più potenti.
Ossa di pesci e mammiferi
“Fino ad ora, il motto è stato: più flusso e maggiore energia è meglio, perché è possibile ottenere una maggiore profondità di campo e una risoluzione più elevata con raggi X più intensi“, afferma il Dott. Paul Zaslansky della Charité-Universitätsmedizin. Zaslansky e il suo team hanno ora analizzato campioni di ossa di pesci e mammiferi presso MySpot di BESSY II.
BESSY II genera un’ampia gamma ben caratterizzata di raggi X, focalizzata con precisione in un intervallo di energia intermedio, che consente di approfondire le strutture più fini e persino i processi chimici e fisici nei materiali. “Grazie ai rivelatori sensibili e alle condizioni di irradiazione piuttosto miti in BESSY II rispetto alle sorgenti di sincrotrone a raggi X più dure, siamo stati in grado di dimostrare sui nostri vari campioni ossei che le fibre di collagene vengono danneggiate dall’assorbimento di irradiazione nei nanocristalli minerali”, afferma Zaslansky. .
Imaging delle fibre proteiche
“Abbiamo esaminato i campioni con il microscopio a scansione laser di seconda generazione per l’imaging delle fibre proteiche”, spiega la prima autrice dello studio Katrein Sauer, che sta facendo il suo dottorato nel team di Zaslansky. Insieme all’esperto di HZB Dr. Ivo Zizak, ha irradiato campioni di ossa di lucci, maiali, bovini e topi con luce a raggi X calibrata con precisione.
I raggi hanno lasciato una scia di distruzione che è chiaramente visibile nelle immagini al microscopio confocale ed elettronico.
“I fotoni ad alta energia della luce a raggi X innescano una cascata di eccitazioni di elettroni. La ionizzazione del calcio e del fosforo nel minerale danneggia quindi le proteine come il collagene nelle ossa”, afferma Sauer. La degradazione del collagene aumenta con la durata dell’irradiazione, ma si manifesta anche con una breve irradiazione ad alto flusso.
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Dosi minime per la ricerca sui materiali viventi
“I metodi a raggi X sono considerati non distruttivi nella ricerca sui materiali, ma almeno per la ricerca sui tessuti ossei questo non è vero“, afferma Zaslansky. “Dobbiamo stare più attenti nella ricerca medica di base a non danneggiare le stesse strutture che vogliamo effettivamente analizzare”. Quindi, come ovunque in medicina, e anche quando non ci sono tessuti viventi e DNA da danneggiare, si tratta di utilizzare una dose minima per ottenere le intuizioni che riflettono la condizione materiale senza causare danni.
Immagine: le immagini (b) mostrano la distribuzione del collagene nelle ossa di luccio prima (sinistra) e dopo (destra) un esperimento μCT e (c) prima (sinistra) e dopo (destra) un esperimento μCT di diffrazione di raggi X alla linea di luce mySpot, BESSY. Inoltre (d) prima (a sinistra) e dopo (a destra) un esperimento XRD mySpot di mappatura 2D. Le aree danneggiate appaiono scure contrassegnate da frecce gialle. Le frecce in rosa mostrano le radiografie. Credito: Charité Berlin/HZB
Nota: i raggi prodotti a BESSY II sono circa diecimila volte più intensi dei raggi utilizzati per gli esami medici (per i raggi X di una gamba rotta, l’Ufficio federale tedesco per la protezione dalle radiazioni fornisce una dose di 0,01 millisievert)
Fonte: Nature Communication
