Wallenberg Scholars

Röntgenforskning som väcker förhoppningar

Hans Hertz står bakom vad som kan visa sig bli det största tekniksprånget inom röntgenrörsområdet sedan 1930. Hans forskargrupp har dessutom utvecklat ett röntgenmikroskop som gör det möjligt att se helt nya detaljer. Tekniken är småskalig vilket gör att den inte kräver en jätteanläggning, utan ryms i ett vanligt labb.

Oskarp man i förgrunden med skyddsglasögon, bild på celler på dataskärm

Sedan Wilhelm Conrad Röntgens upptäckt, 1895, har röntgenrören som möjliggör röntgenavbildning utvecklats långsamt. Senaste innovationen var på 1930-talet då den roterande anoden utvecklades. Men år 2000 tog forskarna på Kungliga Tekniska högskolan, KTH, patent på sin ljusstarka röntgengenerator som är baserad på en ny teknik som ger skarpare bilder, bättre kontrast och kortare exponeringstider.

– Det här ger oss möjlighet att se saker med röntgen som vi inte har kunnat se tidigare. konstaterar Hans Hertz, professor i biomedicinsk fysik vid KTH.

Röntgenrör med flytande metall

Den nya, avancerade röntgenkällan genererar fler fotoner per sekund och yta jämfört med nuvarande röntgenrör. Det ökar ljusstyrkan och öppnar därmed för nya tillämpningar. Hemligheten är ett röntgenrör baserad på ”liquid metal jet”-teknik”. Forskarna har ersatt den fasta metallanoden med en stråle av flytande metall.

– Vi har ökat röntgenrörets ljusstyrka upp mot tio gånger men hoppas att nå upp till mer än hundra gångers ökning. Med det ljusstarkare röret kan vi öka upplösningen i röntgenavbildning eller sänka exponeringstiderna. Röntgenstrålningens kvalitet medger dessutom att så kallad faskontrastavbildning kan utnyttjas, vilket ytterligare förbättrar bildkvaliteten, förklarar Hans Hertz.

I en vanlig röntgenbild ger tät vävnad, som ben, en mörk silhuett på bilden, medan tunn vävnad, som muskler, syns ljusare. Strukturerna i mikroskopiskt små objekt absorberar ytterst lite av strålningen, vilket ger bilder med dålig kontrast.
 Faskontrasten gör att konturerna framträder mycket tydligare. Den är bra när mycket små, biologiska objekt ska röntgas.
Röntgenkällan kan än så länge bara användas inom materialforskning, elektronikindustrin och på försöksdjur.

Betydelse för cancerforskning

– Vi har nyligen avbildat tunna blodkärl i tjock vävnad på smådjur, berättar Hans Hertz.

Det är något som kan bli ett viktigt redskap för forskning på nybildning av blodkärl, angiogenes. Nybildning av blodkärl är bland annat en nödvändig process för att en tumör ska kunna växa.

– Bilderna kan ge en bättre förståelse för tumörers tillväxtfaktorer men också för studier av tidiga fel i njurutvecklingen. Vi hoppas på sikt kunna observera enstaka celler i försöksdjurs blodkärl, säger Hans.

Förhoppningen är att röntgenkällan i framtiden också ska gå att använda på sjukhuspatienter.

– Då skulle man kanske kunna fånga upp sjukdomar och starta behandling i ett mycket tidigare stadium, förutspår Hans Hertz. Samtidigt som han är noga med att påpeka att det kommer att ta tid, han gör en jämförelse med elektronmikroskopet som uppfanns på 1930-talet men som kom till allmän användning först på 1980-talet.

"Jag blev jättesmickrad. Anslaget är ett erkännande. Att få 15 miljoner kronor för att använda som man vill gör att man kan pröva idéer och metoder som är lite osäkra."

Ser hela celler

Röntgenstrålning brukar delas upp i hård och mjuk röntgen beroende på våglängd. Grovt kan man säga att strålning som endast kan breda ut sig i vakuum betecknas som mjuk medan strålning som kan tränga in genom luft benämns som hård, det är hård röntgen som används inom sjukvården och som metallstråle-röntgenkällan genererar.

Det röntgenmikroskop som Hans Hertz och hans grupp utvecklar använder sig av mjuk röntgenstrålning istället för vanligt ljus.

– Det ger en betydligt högre upplösning så det går att se mycket små strukturer. Till skillnad från elektronmikroskop kan man också titta på tjocka objekt, som hela celler förklarar Hertz.

Mjukröntgenmikroskop kräver normalt en intensiv röntgenkälla som man endast kan få tillgång till på några enstaka stora anläggningar, synkrotronljuslaboratorier, som exempelvis MAX-lab i Lund.

– Vi har byggt ett kompakt mikroskop som kan stå på ett bord i ett vanligt labb genom att utnyttja en annan ny röntgenkälla, ett laserplasma. Mikroskopet har ännu inte samma exponeringstid som vid en synkronljusanläggning men det närmar sig, menar Hans Hertz.

Tuttifrutti fysik

Det första mikroskopet konstruerade KTH-forskarna år 2000 och tio år senare fick de fram den första tredimensionella bilden.

Förhoppningen är att mikroskopet ska kunna användas till att, med hög upplösning, titta på till exempel hela celler i sin naturliga omgivning.

– Det är väldigt spännande. Vi har nästan fått i ordning laserplasma-källan. Samtidigt håller vi på att gå igenom olika användningsområden för att se om upplösningen och kontrasten är tillräcklig stor för att vara relevant.

Forskargruppen, som nu jobbar med att förfina metoderna, består av ett 30-tal forskare men olika kompetenser.

– Det är en blandning av cellbiologer, nano- och röntgenforskare. Vi brukar säga att vi håller på med tuttifrutti fysik, säger Hans Hertz med ett skratt.

Text Carina Dahlberg
Bild Magnus Bergström