Torne Tänzer und Marianne Liebi an der Synchrotron Lichtquelle Schweiz SLS am PSI. Hier konnten sie erstmals die Nanostruktur von Oberschenkelhalsknochen sichtbar machen. Dies könnte helfen zu verstehen, weshalb dieses Knochenstück vergleichsweise häufig bricht. © Paul Scherrer Institut PSI/Markus Fischer

Tensor-Tomografien eines Oberschenkelhalsknochens: Die Probe aus der Oberseite zeigt insgesamt mehr dunkelgraue und rote statt hellgraue Werte an. Bedeutet: Die Kollagenfasern liegen dort weniger parallel vor als an der Unterseite. Dadurch kann der Knochen leichter brechen. © Studio HübnerBraun

Neue Röntgenmethode zeigt Einfluss der Nanostruktur auf Knochenstabilität

Publiziert

Forschende des Paul Scherrer Instituts zeigen, dass nicht nur die Knochendichte, sondern auch die Nanostruktur die Stabilität von Knochen beeinflusst. Ein neues Röntgenverfahren liefert dazu detaillierte Einblicke.

Forschende am Paul Scherrer Institut (PSI) haben laut einer Mitteilung Hinweise darauf gefunden, dass die Stabilität von Knochen nicht allein von ihrer Dichte abhängt. Auch die Nanostruktur, insbesondere die Ausrichtung der Kollagenfasern, spielt demnach eine wichtige Rolle. Untersucht wurde dies am Beispiel des Oberschenkelhalses, der häufig von Brüchen betroffen ist.

Neues Bildgebungsverfahren im Einsatz

Zum Einsatz kam ein am PSI entwickeltes Verfahren namens Small-angle X-ray scattering tensor tomography (SAXS-TT). Es kombiniert Kleinwinkel-Streusignale mit einer hochauflösenden 3D-Tomografie.
Für die Studie wurden je zwei Proben von 78 Oberschenkelhälsen analysiert, jeweils von der Ober- und Unterseite. Die Proben stammten von der Universität Bern.

Unterschiede in der Faserstruktur

Die Auswertung zeigte, dass die Kollagenfasern auf der Unterseite des Oberschenkelhalses parallel verlaufen und Kräfte gut aufnehmen können. Auf der Oberseite hingegen sind sie weniger geordnet.
Studienerstautor Torne Tänzer erklärt: «Dazu kommt, dass die Mineralplättchen dort weniger regelmässig geordnet und anders geformt sind.» Diese strukturellen Unterschiede könnten die Stabilität des Knochens beeinflussen.

Weitere Untersuchungen geplant

Die Forschenden vermuten, dass eine unregelmässige Nanostruktur das Risiko für Knochenbrüche erhöht. «Diese These wollen wir nun in weiteren Studien untersuchen, indem wir mechanische Belastungstests mit verschieden strukturierten Oberschenkelhalsknochen durchführen», so Tänzer. Ziel ist es auch zu klären, inwieweit solche Veränderungen mit dem Alter zusammenhängen.

Fortschritte durch neue Infrastruktur

Künftige Untersuchungen sollen vom Upgrade der Synchrotron Lichtquelle Schweiz SLS profitieren. Dieses ermöglicht laut PSI deutlich schnellere und detailliertere Messungen.
«Mit der erneuerten SLS werden wir nun viel mehr Proben in 3D analysieren können. Das wird den Erkenntnisgewinn noch deutlich steigern», sagt Tänzer.

Bedeutung für Forschung und Medizin

Die Ergebnisse könnten zu einem besseren Verständnis der Knochenmechanik beitragen und neue Ansätze für die Analyse biologischer Materialien liefern.
Projektleiterin Marianne Liebi betont: «Methoden, um biologische Materialien auf der Nanoskala sowohl strukturell als auch mechanisch zu untersuchen, werden ständig weiterentwickelt.»

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Datum: 21.-23. September 2027

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TUTTOFOOD

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interpack

Internationale Fachmesse für die Verpackungsindustrie und die zugehörige Prozessindustrie

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Bezugsquellenverzeichnis