Knochen im 3D-Nanoblick

Neues Tomographieverfahren könnte zu besseren Therapien gegen Osteoporose führen

Geröntger Knochen
Geröntger Knochen

München - Auf Bruchteile eines Millimeters genau können Patienten schon heute mit modernen Computertomographen durchleuchtet werden. Noch einige tausendmal genauer schauen nun Münchener Biophysiker mit einer ausgefeilten Röntgenmethode auf Knochenproben. Wie sie in der Zeitschrift "Nature" berichten, wollen sie mit den dreidimensionalen Aufnahmen, die eine Auflösung von bis zu 100 Nanometern erreichen, die Basis für bessere Therapien gegen Knochenschwund legen.

"Mit unserem neu entwickelten Nano-CT-Verfahren ist es jetzt möglich, die Struktur- und Dichte-Änderungen des Knochens hochaufgelöst und in 3D darzustellen", sagt Franz Pfeiffer vom Lehrstuhl für Biomedizinische Physik an der Technischen Universität München. Zusammen mit seinen Kollegen bestrahlte er am Synchrotronring am Schweizerischen Paul Scherrer Institut in Villigen kleine Knochenproben mit intensiver Röntgenstrahlung. Die Wellen wurden von der Probe gestreut und reflektiert und mit empfindlichen Detektoren wieder aufgefangen. Aus diesen Daten rekonstruierten die Forscher im Rechner die dreidimensionale Struktur der Knochen.

Mit über der großen Menge an Streumustern offenbarten sich bisher nicht sichtbare Strukturen in den Proben. "Wir haben einen Bildrekonstruktionsalgorithmus entwickelt, der aus den über hunderttausend Streubildern ein hochaufgelöstes dreidimensionales Bild der Probe errechnet. Dabei berücksichtigt der Algorithmus nicht nur die klassische Röntgenabsorption, sondern auch die wesentlich sensitivere Beeinflussung der Phase der Röntgenwellen", sagt der Erstautor der Studie Martin Dierolf. Mit den neuen Bildern der filigranen Knochenstruktur lässt sich der Status einer Knochenkrankheit und wahrscheinlich auch der Erfolg von Therapien besser beurteilen.

Da die Röntgenstrahlung für lebende Patienten allerdings zu gefährlich ist, müssten vorher winzige Knochenproben über eine Biopsie entnommen werden. Für den Einsatz dieser Methode in Spezialkliniken müssten noch intensive Röntgenquellen auf der Basis von Lasern entwickelt werden, denn die Beobachtungszeiten an den großen Synchrotronringen in Europa sind sehr begrenzt.