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Der Mikro-Ionenstrahl wird schneller

Eine neue Einrichtung an der Mikro-Ionenstrahl-Apparatur der PTB macht es möglich, mehrere hundert Zellen je Sekunde einzeln zu bestrahlen. Damit ist das Verfahren rund zehnmal schneller als zuvor. Es kann nun effizient zur Untersuchung der Strahlenschädigungsmechanismen einzelner Zellen eingesetzt werden, deren Verständnis für die Dosimetrie im Niedrigdosisbereich wichtig ist.

Gemessene Aktivierung des Proteins p53 in Zellkernen als Maß für die Strahlenschädigung: rot bedeutet hohe, grün geringe Aktivierung. Die mit einem x markierten Zellen waren bestrahlt worden.

Die Bestrahlungsexperimente an lebenden Zellen werden gemeinsam mit Instituten aus dem Bereich der radiobiologischen Forschung durchgeführt. Ein wichtiger Untersuchungsgegenstand ist dabei der so genannte Bystander-Effekt, der das Auftreten einer messbaren Wirkung auf eine unbestrahlte Zelle bezeichnet, wenn eine benachbarte Zelle bestrahlt wurde.

Um die Bestrahlungen schneller und genauer zu machen, wurde die Mikro-Ionenstrahlanlage der PTB um eine elektrostatische Ablenkeinheit erweitert, die den Strahl innerhalb einer Millisekunde mikrometergenau auslenken kann. Dadurch entfällt die zeitaufwendige mechanische Positionierung jeder einzelnen Zelle. Nun ist es möglich, mehrere hundert Zellen je Sekunde einzeln zu bestrahlen. Inklusive aller präparativen Schritte konnte der experimentelle Durchsatz auf bis zu 50 000 Zellen je Stunde gesteigert und somit etwa verzehnfacht werden. Die Ortsgenauigkeit konnte ebenfalls leicht verbessert werden: Die Auslenkung des Strahls weist nun eine Unsicherheit von etwa 0,5 mm auf, halb so groß wie bisher bei der mechanischen Positionierung.

Der zweite wichtige Beitrag zur Effizienzsteigerung war die Erweiterung der Zellerkennungs-Software. Mit einem neu entwickelten Modul zur Quantifizierung von Proteinfärbungen kann man nun untersuchen, welche Prozesse in einer Zelle gerade ablaufen. Zum Beispiel gibt es Proteine, die zur Reparatur der zelleigenen DNS benötigt werden oder die den Beginn des programmierten Zelltodes (Apaptose) anzeigen. Für die Untersuchung des Bystander-Effektes ist es wichtig, dass man die bestrahlten und unbestrahlten Zellen auf demselben Träger (anhand der gespeicherten Positionsdaten und mithilfe von Referenzpositionen) wiederfinden kann. Dann wird mit einer CCD-Kamera die Aktivierung des Proteins p53 gemessen, das ein schneller Indikator für einen Stresszustand der Zelle ist. Durch Korrelation mit der Bestrahlungsinformation sollen damit Informationen über den Kommunikationspfad des Bystander-Effektes gewonnen werden.