ERC-Synergy-Grant mit HZB-Beteiligung eingeworben
Der Informatiker Andreas Maier, die Materialforscherin Silke Christiansen und der Mediziner Georg Schett haben gemeinsam einen ERC Synergy Grant eingeworben. © FAU
Neuartiges Röntgenmikroskop soll Mikrostrukturen in situ und in vivo abbilden
Ein interdisziplinäres Team von Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern will ein neues bildgebendes Verfahren zur Untersuchung von Osteoporose und anderen Knochenerkrankungen für den Einsatz am lebenden Individuum entwickeln, um raschere Therapieerfolge zu ermöglichen. Prof. Dr. Silke Christiansen, Wissenschaftlerin am HZB und Physik-Professorin an der Freien Universität Berlin bringt ihre Expertise in der korrelativen Mikroskopie und Nanotechnologie ein. Das Projekt 4-D+ nanoSCOPE wurde nun vom Europäischen Forschungsrat (ERC) zur Förderung durch einen ERC-Synergy Grant ausgewählt und wird für 72 Monate mit bis zu 12,3 Mio. Euro gefördert werden.
Weltweit nimmt die Zahl älterer und hochbetagter Menschen zu, und damit auch die Anzahl von Patienten, die an Osteoporose leiden. Diese Krankheit beeinträchtigt die Lebensqualität erheblich und führt zu hohen gesellschaftlichen Kosten. Dennoch sind Entstehung und Ablauf von Osteoporose noch immer nicht ausreichend verstanden. Denn Methoden für eine tiefgehende Analyse der Knochenfeinstruktur im Zeitverlauf am lebenden Individuum stehen bisher nicht zur Verfügung, insbesondere solche, die auch große Matrixstudien mit statistischer Signifikanz erlauben. Dies will nun ein interdisziplinäres Forschungsprojekt ändern.
Die Professoren Georg Schett (Universitätsklinikum Erlangen), Andreas Maier (Friedrich-Alexander-Universität Erlangen Nürnberg) und Silke Christiansen (Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie, HZB sowie Freie Universität Berlin) wollen dafür erstmals Röntgenmikroskopie an Lebewesen ermöglichen. Sie planen die Entwicklung eines einzigartigen, schnell scannenden und niedrig dosierten Röntgenmikroskops, einem „4D+ nanoSCOPE“ für das sie in enger Zusammenarbeit mit der Firma Carl Zeiss Microscopy ein Gerät vom Typ XRM Versa 520 Hardware- und Software-seitig modifizieren werden. Hier werden insbesondere die Integration einer neuartigen Hochleistungsröntgenquelle und eines ultra-schnellen Auslesedetektors erfolgen wobei auch die Datenauswertung mit neusten Verfahren des maschinellen Lernens (Precision Learning) neu aufgestellt werden muss.
Das 4D-Nanoskop wird erstmalig erlauben die Mikro- und Nanostruktur von Knochen am lebenden Individuum in zeitlicher Entwicklung zu monitoren und damit den Prozess des Knochenumbaus zu verstehen. Damit wird es möglich, Auswirkungen von Alter, Hormonstatus, Entzündungsprozessen, Medikamenten oder anderen Therapieansätzen auf den Knochen zu beurteilen.
„Wir gratulieren Silke Christiansen und ihren Kollegen zu dieser sehr prestigeträchtigen und wirklich synergetischen Förderung. Das neue Mikroskop wird zunächst in der medizinischen Forschung eingesetzt, aber wir freuen uns darauf, seine einzigartigen Möglichkeiten auch in der Energieforschung zu nutzen", sagt Prof. Bernd Rech, wissenschaftlicher Direktor des HZB. Die Methode ermöglicht auch in situ-Studien von dynamischen Prozessen in natürlichen und synthetischen Materialien, beispielsweise die Beobachtung und das Verfolgen von Korrosionsprozessen und Mikrofrakturierung.
Das HZB besitzt große Expertise auf dem Gebiet der Röntgenuntersuchungen und der Elektronenmikroskopie und hat einen modernen Gerätepark (CoreLabs) aufgebaut, der vor allem zur Forschung an Dünnschichtsolarzellen, solaren Brennstoffen und anderen Energiematerialien genutzt wird. Die HZB CoreLabs sowie modernste Zeiss Labs@Location-Röntgenmikroskope ergänzen das Synchrotron BESSY II.
Projektname: 4-D+ nanoScope – Advancing osteoporosis medicine by observing bone microstructure and remodelling using a four-dimensional nanoscope.
- BESSY II: Phosphorketten – ein 1D-Material mit 1D elektronischen EigenschaftenErstmals ist es einem Team an BESSY II gelungen, experimentell eindimensionale elektronische Eigenschaften in einem Material nachzuweisen. Die Proben bestanden aus kurzen Ketten aus Phosphoratomen, die sich auf einem Silbersubstrat selbst organisiert in bestimmten Winkeln bilden. Durch eine raffinierte Auswertung gelang es, die Beiträge von unterschiedlich ausgerichteten Ketten voneinander zu trennen und zu zeigen, dass die elektronischen Eigenschaften tatsächlich einen eindimensionalen Charakter besitzen. Berechnungen zeigten darüber hinaus, dass ein spannender Phasenübergang zu erwarten ist. Während das Material aus einzelnen Ketten halbleitend ist, wäre eine sehr dichte Kettenstruktur metallisch.
- Ein innerer Kompass für Meereslebewesen im PaläozänVor Jahrmillionen produzierten einige Meeresorganismen mysteriöse Magnetpartikel von ungewöhnlicher Größe, die heute als Fossilien in Sedimenten zu finden sind. Nun ist es einem internationalen Team gelungen, die magnetischen Domänen auf einem dieser „Riesenmagnetfossilien” mit einer raffinierten Methode an der Diamond-Röntgenquelle zu kartieren. Ihre Analyse zeigt, dass diese Partikel es den Organismen ermöglicht haben könnten, winzige Schwankungen sowohl in der Richtung als auch in der Intensität des Erdmagnetfelds wahrzunehmen. Dadurch konnten sie sich verorten und über den Ozean navigieren. Die neue Methode eignet sich auch, um zu testen, ob bestimmte Eisenoxidpartikel in Marsproben tatsächlich biogenen Ursprungs sind.
- Was vibrierende Moleküle über die Zellbiologie verratenMit Infrarot-Vibrationsspektroskopie an BESSY II lassen sich hochaufgelöste Karten von Molekülen in lebenden Zellen und Zellorganellen in ihrer natürlichen wässrigen Umgebung erstellen, zeigt eine neue Studie von einem Team aus HZB und Humboldt-Universität zu Berlin. Die Nano-IR-Spektroskopie mit SNOM an der IRIS-Beamline eignet sich, um winzige biologische Proben zu untersuchen und Infrarotbilder der Molekülschwingungen mit Nanometer-Auflösung zu erzeugen. Es ist sogar möglich, 3D-Informationen, also Infrarot-Tomogramme, aufzuzeichnen. Um das Verfahren zu testen, hat das Team Fibroblasten auf einer hochtransparenten SiC-Membran gezüchtet und in vivo untersucht. Die Methode ermöglicht neue Einblicke in die Zellbiologie.