高能 X 射线在骨胶原中留下破坏痕迹

作者：亥姆霍兹德国研究中心协会

图片（b）显示了μCT 实验之前（左）和之后（右）梭子鱼骨骼中胶原蛋白的分布情况，（c）显示了在 BESSY 的 mySpot 光束线进行 X 射线衍射μCT 实验之前（左）和之后（右）的情况。此外，(d) 为二维绘图 XRD mySpot 实验之前（左）和之后（右）。受损区域用黄色箭头标出。粉色箭头表示 X 射线。图片来源：Charité Berlin/HZB

Charité-Universitätsmedizin 的一组医学研究人员在 BESSY II 分析了鱼类和哺乳动物骨骼样本中聚焦高能 X 射线造成的损伤。科学家们结合显微镜技术，记录了矿物晶体发射的电子对胶原纤维造成的破坏。研究人员总结说，X 射线方法在长时间测量时可能会对骨骼样本产生影响。

他们的研究成果发表在《自然-通讯》杂志上。

人们早就知道，超过一定剂量，X 射线就会损伤活体组织，因此，X 射线在医学上有明确的适应症，即尽量减少辐射暴露。在对骨骼等矿化组织样本的性质和特征进行基础研究时，研究人员依赖于越来越强大的 X 射线源。

鱼类和哺乳动物的骨骼

"到目前为止，我们的座右铭实际上一直是：通量越大、能量越高越好：通量越大、能量越高越好，因为用更强的 X 射线可以获得更大的景深和更高的分辨率，"夏里特大学的 Paul Zaslansky 博士说。Zaslansky 和他的团队目前已经在 BESSY II 的 MySpot 光束线分析了鱼类和哺乳动物的骨骼样本。

BESSY II能产生特性良好的宽范围X射线，并精确地聚焦在中间能量范围内，这使得人们能够深入了解材料中最精细的结构，甚至是化学和物理过程。"Zaslansky说："与较硬的X射线同步辐射源相比，BESSY II拥有灵敏的探测器和相当温和的辐照条件，因此我们能够在各种骨骼样本上证明，胶原纤维会因矿物纳米晶体的辐照吸收而受损。

蛋白质纤维成像

"第一作者卡特琳-绍尔（Katrein Sauer）正在扎斯兰斯基的团队中攻读博士学位，她解释说："我们在二次谐波发生激光扫描显微镜下对样本进行了检查，以便为蛋白质纤维成像。她与 HZB 专家伊沃-齐扎克（Ivo Zizak）博士一起，用精确校准的 X 射线光照射了梭子鱼、猪、牛和小鼠的骨骼样本。

光束留下的破坏痕迹在共聚焦和电子显微镜图像中清晰可见。"来自 X 射线光的高能光子引发了一连串的电子激发。矿物质中的钙和磷电离后会破坏蛋白质，如骨骼中的胶原蛋白，"绍尔说。胶原蛋白的破坏随着辐照时间的延长而加剧，但即使在高通量的短时间辐照下也会出现这种情况。

活体材料研究的最小剂量

"在材料研究中，X 射线方法被认为是非破坏性的，但至少在骨组织研究中并非如此，"Zaslansky 说。"扎斯兰斯基说："在基础医学研究中，我们必须更加小心，以免破坏我们真正想要分析的结构。因此，正如医学中的任何地方一样，即使没有活体组织和 DNA 需要破坏，也要使用最小剂量，才能在不造成破坏的情况下获得反映材料状况的见解。

注：BESSY II 产生的 X 射线比用于医学检查的 X 射线强度高出约一万倍（德国联邦辐射防护局对断腿的 X 射线给出的剂量为 0.01 毫西弗）。X 射线方法对医学检查极为有用。

(责任编辑：泉水)

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