Les techniques de microscopie révèlent des traces de dommages au collagène osseux causés par les rayons X à haute énergie

Une équipe de chercheurs médicaux de la Charité a analysé les dommages causés par les rayons X focalisés à haute énergie dans des échantillons d’os de poissons et de mammifères de BESSY II. Grâce à une combinaison de techniques de microscopie, les scientifiques peuvent documenter la destruction des fibres de collagène causée par les électrons émis par les cristaux minéraux. Les méthodes par rayons X peuvent affecter les échantillons d’os lorsqu’ils sont excisés pendant une longue période.

On sait depuis longtemps que les rayons X causent des dommages aux tissus vivants après une certaine dose, il existe donc des indications médicales claires pour que les rayons X minimisent l’exposition aux rayonnements. Dans la recherche fondamentale sur les propriétés et les propriétés d’échantillons de tissus minéralisés tels que l’os, les chercheurs s’appuient sur des sources de rayons X de plus en plus puissantes.

Os de poisson et de mammifère

Jusqu’à présent, le mantra était en fait : plus de flux et plus d’énergie, c’est mieux parce que vous pouvez obtenir une plus grande profondeur de champ et une résolution plus élevée avec des rayons X plus intenses. « 

Dr Paul Zaslansky de la Charité-Universitätsmedizin

Zaslanski et son équipe ont maintenant analysé des échantillons d’os de poissons et de mammifères sur la ligne de lumière MySpot de BESSY II.

BESSY II génère une bande passante distincte de rayons X, concentrés avec précision dans une plage d’énergie intermédiaire qui permet de mieux comprendre les structures, les processus chimiques et physiques les plus fins des matériaux. « Avec les détecteurs sensibles et les conditions d’irradiation douces de BESSY II par rapport aux sources synchrotron à rayons X plus difficiles, nous avons pu démontrer que les fibres de collagène sont endommagées par l’absorption d’irradiation dans les nanocristaux métalliques », Zaslansky résume les résultats de l’étude.

Imagerie des fibres protéiques

« Nous avons examiné les échantillons sous un microscope à balayage laser harmonique de deuxième génération pour imager les fibrilles de protéines », explique la première auteure Katherine Sauer, qui fait son doctorat dans l’équipe de Zaslansky. En collaboration avec le Dr Ivo Zizak, expert HZB, elle a irradié des échantillons d’os de brochets, de porcs, de bovins et de souris à l’aide d’une lumière à rayons X calibrée avec précision.

Piste de destruction

Les faisceaux ont laissé une traînée de destruction clairement visible en microscopie électronique et en images confocales. « Les photons à haute énergie de la lumière des rayons X déclenchent une cascade d’excitation électronique. Ils ionisent le calcium et le phosphore dans le minéral, puis endommagent les protéines telles que le collagène dans les os », explique Sawyer. La dégradation du collagène augmente avec la période d’irradiation, mais apparaît également même avec une irradiation courte à haut flux.

Doses minimales pour la recherche sur des sujets vivants

« Les méthodes par rayons X sont considérées comme non destructives dans la recherche sur les matériaux, mais au moins pour la recherche sur le tissu osseux, ce n’est pas vrai », déclare Zaslansky. « Nous devons être plus prudents avec la recherche médicale fondamentale afin de ne pas détruire les structures que nous voulons réellement analyser. » Ainsi, comme c’est le cas partout en médecine, même en l’absence de tissus vivants ou de dommages à l’ADN, il s’agit d’utiliser une petite dose pour obtenir des informations qui reflètent la condition physique sans causer de dommages.