Das weltweit erste Röntgenmikroskop mit weicher Strahlung für das Labor
Röntgenmikroskopie mit weicher Röntgenstrahlung ist ein bildgebendes Verfahren, bei dem elektromagnetische Strahlung im Niedrigenergiespektrum von Röntgenstrahlen genutzt wird, um vergrößerte Bilder eines Objekts zu erzeugen. Aktuell ist das die einzige Methode, die den Forschern zur Verfügung steht, um hochaufgelöste, kontrastreiche 3D-Bilder der gesamten inneren Struktur intakter biologischer Zellen in annähernd natürlichem Zustand zu erzeugen. Weil die Lichtquelle für so ein Röntgenmikroskop allerdings äußerst groß und teuer ist, gibt es nur eine Handvoll Einrichtungen, die mit der nötigen Technik ausgestattet sind. Das heißt, Forscher müssen ihre Untersuchungen extern durchführen oder mit anderen Bildgebungsverfahren Vorlieb nehmen. Jetzt gibt es dank des EU-finanzierten Projekts SMILE eine dritte Option: das Mikroskop SXT100. „Wir wollten ein miniaturisiertes Röntgenmikroskop bauen und auf den Markt bringen, mit dem Wissenschaftler aus der Krankheitsforschung und Medikamentenentwicklung in ihrem eigenen Labor mit bewährten Bildgebungsverfahren arbeiten können, anstatt ihre Zellproben in einer der vier aktuell verfügbaren riesigen Synchrotron-Anlagen untersuchen zu müssen, die so groß sind wie ein Fußballfeld“, sagt Projektkoordinator Tony McEnroe. Das erste seiner Art Laut McEnroe ist das SXT100 das erste derartige Röntgenmikroskop im Labormaßstab auf der Welt. „Damit können Forscher ganze einzelne Zellen oder Gewebeproben beleuchten und 3D-Bilder erstellen, die mit anderen Methoden nicht möglich wären.“ Das Geniale an dem SXT100 ist seine Lichtquelle mit weichen Röntgenstrahlen auf Basis von Plasmaemissionen eines Lasers. Der kleine erzeugte Feuerball gibt die weichen Röntgenstrahlen ab, die für die Bildgebung der Zellen genutzt werden, erzeugt aber auch sehr viel Metallabrieb. Ein patentiertes selbstheilendes optisches System sammelt, filtert und fokussiert dann die weichen Röntgenstrahlen auf die jeweilige Zellprobe. „Kein anderes hochauflösendes Bildgebungsverfahren kann die subzellulare Organisation ganzer hydrierter Zellen – bei bis zu 15 μm Dicke und einer Auflösung von bis zu 40 nm – in ihrem Grundzustand, schon gar nicht mit so wenig Präparierungsaufwand und ohne den Einsatz von Färbemittel oder kontraststeigernden Mitteln, quantitativ abbilden“, so McEnroe weiter. Außerdem hat das SXT100 die Größe der Röntgenmikroskope von 15 000 m2 auf gerade einmal 3 m2 verkleinert und den Preis drastisch reduziert – von über 500 Mio. EUR (Kosten für den Bau eines Synchrotrons) auf 2,5 Mio. EUR pro Gerät. Gesteigerte Produktivität Mit direktem Zugang zu einem Röntgenmikroskop im eigenen Labor steigert sich die Produktivität der Forscher um das Hundertfache. Das SXT100 ermöglicht außerdem eine große Bandbreite an Studien an Krankheitsverläufen, die vorher aufgrund des beschränkten Zugangs zu Röntgenmikroskoptechnologie nicht möglich waren. „Dank des Projekts SMILE konnten wir die Leistung der Röntgenstrahlquelle validieren, die die Kerntechnologie des miniaturisierten Röntgenmikroskops ist“, so McEnroe. „Mit diesem Ergebnis haben wir dann das SXT100 erfolgreich von einem Demonstrator, der nur die Machbarkeit eines solchen Röntgenmikroskops zeigen sollte, zu einem ausgereiften, zuverlässigen und marktreifen Instrument entwickelt.“ 2017 wurde mit SiriusXT der Hauptpartner des Projekts SMILE von Enterprise Ireland als bestes „High Potential Start-Up“ Irlands ausgezeichnet – eine Anerkennung, die für die Einwerbung weiterer Investitionen und Fördermittel für das Projekt von unschätzbarem Wert war.
Schlüsselbegriffe
SMILE, SiriusXT, weiche Röntgenstrahlen, Röntgenmikroskopie, SXT, SXT100 Mikroskop