Los rayos X de alta energía dejan un rastro de destrucción en el colágeno óseo

Un equipo de investigadores médicos de Charité-Universitätsmedizin ha analizado el daño mediante rayos X enfocados de alta energía en muestras de huesos de peces y mamíferos en BESSY II. Con una combinación de técnicas de microscopía, los científicos pudieron documentar la destrucción de las fibras de colágeno inducida por los electrones emitidos por los cristales minerales. Los métodos de rayos X podrían afectar las muestras de hueso cuando se miden durante mucho tiempo, concluyen los investigadores.

Sus hallazgos se publican en la revista Comunicaciones de la naturaleza.

Hace tiempo que se sabe que más allá de una cierta dosis, los rayos X dañan el tejido vivo, por lo que existen indicaciones médicas claras para que los rayos X mantengan la exposición a la radiación al mínimo. En la investigación básica sobre las propiedades y características de las muestras de tejido mineralizado, como el hueso, los investigadores confían en fuentes de rayos X cada vez más potentes.

Huesos de peces y mamíferos

«Hasta ahora, el lema ha sido: más flujo y más energía es mejor, porque se puede lograr una mayor profundidad de campo y una mayor resolución con rayos X más intensos», dice el Dr. Paul Zaslansky de Charité-Universitätsmedizin. Zaslansky y su equipo ahora han analizado muestras de huesos de peces y mamíferos en la línea de luz MySpot en BESSY II.

BESSY II genera una amplia gama de rayos X bien caracterizada, enfocada con precisión en un rango de energía intermedia, lo que permite conocer las estructuras más finas e incluso los procesos químicos y físicos de los materiales. «Gracias a los detectores sensibles y a las condiciones de irradiación bastante suaves en BESSY II en comparación con las fuentes de sincrotrón de rayos X más duras, pudimos demostrar en nuestras diversas muestras de hueso que las fibras de colágeno se dañan por la absorción de radiación en los nanocristales minerales», dice Zaslansky. .

Imágenes de las fibras de proteína

«Examinamos las muestras bajo microscopía de escaneo láser de segunda generación armónica para obtener imágenes de las fibras de proteína», explica la primera autora Katrein Sauer, quien está haciendo su doctorado en el equipo de Zaslansky. Junto con el experto en HZB, el Dr. Ivo Zizak, irradió muestras de huesos de lucio, cerdos, ganado y ratones con luz de rayos X calibrada con precisión.

Los rayos dejaron un rastro de destrucción que es claramente visible en las imágenes de microscopía confocal y electrónica. «Los fotones de alta energía de la luz de rayos X desencadenan una cascada de excitaciones de electrones. La ionización del calcio y el fósforo en el mineral luego daña las proteínas como el colágeno en los huesos», dice Sauer. La descomposición del colágeno aumenta con la duración de la irradiación, pero también aparece incluso con irradiaciones cortas a alto flujo.

Dosis mínimas para la investigación sobre materiales vivos

«Los métodos de rayos X se consideran no destructivos en la investigación de materiales, pero al menos para la investigación de tejidos óseos esto no es cierto», dice Zaslansky. «Tenemos que ser más cuidadosos en la investigación médica básica para no dañar las mismas estructuras que realmente queremos analizar». Entonces, como en todas partes en medicina, e incluso cuando no hay tejidos vivos ni ADN que dañar, todo se reduce a usar una dosis mínima para obtener los conocimientos que reflejan la condición material sin causar daño.

Nota: Los rayos X producidos en BESSY II son aproximadamente diez mil veces más intensos que los rayos X utilizados para exámenes médicos (para radiografías de una pierna rota, la Oficina Federal Alemana de Protección Radiológica da una dosis de 0,01 milisievert). Los métodos de rayos X son extremadamente útiles para los exámenes médicos.