Schnelle und einfache Identifizierung von Lakunen – Echte 3D-Topographie mit Sub-Nanometer-Auflösung

Durch das gekonnte Zusammenspiel von Knochenzellen unterliegt das Knochengewebe ständiger Verän­de­rung. Während Osteoblasten (Auf­bau-Zellen), die Knochenmatrix synthe­tisieren und für Mineralisierung sorgen, bauen Osteoklasten diese Struk­tur wieder ab. Der dritte Zell­typ, die Osteozyten, sind inak­tive Osteoblasten, die innerhalb des von ihnen geformten Knochens „gefangen“ sind. Der enge Raum im Kno­chen, in der sich die Osteozyten befinden, nennt sich Lakune. Bei totem Gewebe liefert die Lakunen-Topo­graphie Informationen über die Osteo­zyten, die sich zuvor hier befunden haben. Mit dem AFSEM lassen sich sowohl REM als auch AFM in situ am gleichen Punkt der Probe anwenden. Dies ist besonders vorteilhaft, wenn die Probe nur extrem schwer mit dem AFM-Cantilever zu erreichen ist (wie z. B. bei den Wirbeln von Rindern). Das AFSEM kombiniert nun die Stärken von REM und AFM für die quantitative Analyse von Knochenstrukturen. Mit dem großen Bildfeld des REM lassen sich Lakunen in Knochengewebe identifizieren und dank der hohen Präzision lässt sich der Cantilever direkt auf der Lakune positionieren. Abbildung 1 zeigt Ihnen einen Blick in die Kammer des REM. Auf dem Probenteller befindet sich das präparierte Knochenstück und links davon ist der Kopf des AFM mit dem Cantilever zu erkennen.

Mit Hilfe der Rasterelektronenmikro­skopie (REM) lassen sich Lakunen in Knochenstrukturen ausfindig machen. REM liefert jedoch keine quantitativen Angaben zur Topographie dieser Lakunen. Die Rasterkraftmikroskopie (AFM) ist dagegen eine weit verbreitete Technik zur quantitativen Analyse der Topographie von Proben, wobei es jedoch schwierig ist, mit einem AFM ohne optische Führung an die Lakunen heranzukommen.

Das AFSEM-Rasterkraftmikroskop von GETec ist für dieses Problem die optimale Lösung, da es beide Bild­gebungsverfahren miteinander kom­biniert. 

In Abbildung 2 finden Sie die mit diesem System aufgenommenen Ergebnisse. Das linke Bild zeigt Ihnen den Übersichtsscan des REM-Systems, in dem gut der Cantilever des AFM zu erkennen ist. Die beiden rechten Bilder zeigen einmal das SEM- und einmal das korrelierende AFM-Bild der Knochenstruktur. Gut zu erkennen ist die bessere topographische Auflösung im AFM-Bild. Die topographische Information der Messung zeigt Abbildung 3 mittels der Auswertung eines Linienprofils.

Diese ersten Messungen konnten demonstrieren, dass das AFSEM verwendet werden kann, um REM-ge­führte Lakunen-Identifizierung und Can­tilever-Positionierung in Kno­chen­struk­turen zu ermöglichen. Es bietet ergänzende REM- und 3D-Topographie-Informationen über Laku­nen und Kol­lagenfasern.