Lab News & Scientific Highlights

An Freie-Elektronen-Röntgen-Lasern wie dem zukünftigen SwissFEL des Paul Scherrer Instituts PSI sollen unter anderem die Strukturen von komplexen Nanoteilchen bis hin zu Biomolekülen untersucht werden. Dabei ist nicht nur die eigentliche Messung eine Herausforderung, sondern auch die Rekonstruktion der Struktur aus den Messdaten. Forscher des PSI haben nun einen optimierten mathematischen Weg aufgezeigt, wie man aus so gewonnen Messdaten eine deutlich bessere Auflösung bei der Bestimmung der Struktur eines einzelnen Teilchens erhält. Das Verfahren wurde an der Synchrotron Lichtquelle Schweiz des PSI erfolgreich getestet.

Computertomografische Untersuchungen erlauben es erstmals, den Fluss von Öl und Wasser direkt im Gestein zu beobachten à in 3D und mit bisher unerreichter zeitlicher Auflösung. Der neue Ansatz und die daraus gewonnenen Informationen helfen besser zu verstehen, wie sich verschiedene Flüssigkeiten gegenseitig in porösen Materialien verdrängen können.

Mit Röntgenstrahlen kann die Nanostruktur von so unterschiedlichen Objekten untersucht werden, wie einzelne Zellen oder magnetische Datenträger. Hochauflösende Bilder sind jedoch nur möglich, wenn sowohl Mikroskop als auch das Untersuchungsobjekt extrem stabil sind. Forscher der TU München des PSI zeigten nun, wie man diese Bedingungen lockern kann, ohne die Bildqualität zu beeinträchtigen. Auch hochdynamische Systeme, wie z.B. magnetische Fluktuationen, die die Lebensdauer von Daten auf Festplatten einschränken, können mit der neuen Methodik untersucht werden.

Bislang war umstritten ob die frühesten Wirbeltiere, die Kiefer hatten, schon Zähne besassen oder nicht. Nun hat ein international zusammengesetztes Forschungsteam gezeigt, dass der urzeitliche Fisch Compagopiscis bereits Zähne hatte. Das deutet darauf hin, dass Zähne in der Evolution gemeinsam mit den Kiefern entstanden sind à oder zumindest kurz danach. Federführend bei dem Projekt waren Forscher der Universität Bristol (England), die entscheidenden Untersuchungen sind an der SLS durchgeführt worden.

Experimente am Paul Scherrer Institut bieten Einblicke in Vorgänge in vulkanischen Materialien, die darüber entscheiden wie heftig ein Vulkan ausbricht. Dabei haben Forschende ein Stück vulkanisches Material so aufgeheizt, dass darin Bedingungen entstanden, wie sie am Beginn eines Vulkanausbruchs herrschen. Sie nutzten dann Röntgenlicht aus der SLS, um in Echtzeit zu verfolgen, was in dem Gestein passiert, während es schmilzt.

Forschern ist es gelungen, dreidimensionale Aufnahmen der räumlichen Verteilung von Amyloid-Plaques in Gehirnen von an Alzheimer erkrankten Mäusen zu erstellen. In diesen Untersuchungen kam ein neues Verfahren zur Anwendung. Es handelt sich um eine ausserordentlich präzise Methode, die zu einem besseren Verständnis dieser Erkrankung beitragen kann. Die Wissenschaftler hoffen, dass dieses Verfahren künftig die Grundlage einer neuen zuverlässigen Diagnose bilden wird. Die Ergebnisse wurden gemeinsam von zwei Forscherteams à einem am Paul Scherrer Instituts (PSI) und der ETH Zürich und einem an der ETH Lausanne (EPFL) à erzielt.

Ähnlich einem Schredder zerlegt das Immunoproteasom Eiweisse in kleine Bruchstücke, die dann an der Oberfläche der Zelle präsentiert werden. Werden diese Eiweissteile als körperfremd erkannt, vernichtet das Immunsystem die Zelle. Bei Autoimmunerkrankungen wie Rheuma ist dieser Prozess gestört. Helfen könnte da, das Immunoproteasom zu hemmen. Mit Hilfe von Messungen am Paul Scherrer Institut ist es nun erstmals gelungen, die Struktur des Immunoproteasoms aufzuklären und Angriffsstellen für neue Medikamente aufzuzeigen.

Einzellige Organismen, die vor über einer halben Milliarde Jahre gelebt haben und deren Fossilien in China gefunden wurden, sind wohl die unmittelbaren Vorläufer der frühesten Tiere. Die amöbenartigen Einzeller haben sich in einer Weise in zwei, vier, acht usw. Zellen geteilt, wie es heute tierische (und menschliche) Embryonen tun. Die Forscher glauben, dass diese Organismen einem der ersten Schritte vom Einzeller zum Vielzeller in der Entwicklung richtiger Tiere entsprechen.

Das Paul Scherrer Institut PSI und die MDC Max Daetwyler AG (Bleienbach), haben heute einen Vertrag unterzeichnet, nach dem Daetwyler wesentliche Komponenten für den Röntgenlaser SwissFEL, die neue Grossforschungsanlage des PSI, gemeinsam mit dem PSI entwickeln und bauen wird. Die Massnahmen des Bundes zur Abfederung der Frankenstärke erlauben es, den Bau der Komponenten vorzuziehen und so das SwissFEL-Projekt schneller voranzutreiben.

Forscher der Universität Basel und des Paul Scherrer Instituts konnten im Nanomassstab zeigen, wie sich Karies auf die menschlichen Zähne auswirkt. Ihre Studie eröffnet neue Perspektiven für die Behandlung von Zahnschäden, bei denen heute nur der Griff zum Bohrer bleibt. Die Forschungsergebnisse wurden in der Fachzeitschrift «Nanomedicine» veröffentlicht.

Der Umbau des Gehirns und der Sinnesorgane dürfte den Erfolg der Wirbeltiere, eines der grossen Rätsel der Evolutionsbiologie, erklären à so die Aussage einer Arbeit, die heute im Wissenschaftsjournal Nature erschienen ist. Die Forschenden konnten das Rätsel durch Untersuchungen des Gehirns eines 400 Millionen Jahre alten versteinerten Fisches à eines evolutionären Bindeglieds zwischen den heute lebenden kiefertragenden Wirbeltieren und den Kieferlosen.

Das Paul Scherrer Institut PSI hat eine neue Methode zur Diagnose von Brustkrebs entwickelt und nun zusammen mit dem Kantonsspital Baden AG erstmals an nicht-konserviertem, menschlichem Gewebe erprobt. Dabei wurde erkannt, dass es mit der neuen Methode möglich sein sollte, Strukturen sichtbar zu machen, die mit der herkömmlichen Mammografie nicht abgebildet werden. Wissenschaftler der Forschungsabteilung des Unternehmens Philips untersuchen derzeit auf Grundlage des vorgestellten Verfahrens den Einsatz in der medizinischen Praxis.

Ein internationales Forschungsteam hat eine neue Methode entwickelt, mit der man detaillierte Röntgenbilder von Hirngewebe erstellen kann. Die Methode wurde verwendet, um die Myelinscheide der Nervenfasern sichtbar zu machen. Schäden an der Myelinscheide führen zu verschiedenen Erkrankungen wie etwa Multiple Sklerose. Die Anlage, an der diese Aufnahmen erstellt werden können, wird an der Synchrotron Lichtquelle Schweiz SLS des Schweizer Paul Scherrer Instituts betrieben.

In menschlichen Zellen finden sich stammesgeschichtlich sehr alte Funktionseinheiten, die als Centriolen bezeichnet werden. Ein Forscherteam vom PSI und der ETH Lausanne hat nun erstmals ein Modell für die Bildung der Centriolen vorgestellt. Das erstaunende Ergebnis ist, dass die Neuner-Symmetrie des Centriols durch die Fähigkeit eines einzelnen Proteins sich selbst zu organisieren zustande kommt.

Hochauflösendes Verfahren zur Nano-Computertomographie entwickeltEin neuartiges Nano-Tomographie-Verfahren, das von einem Team der TU München, des Paul Scherrer Instituts und der ETH Zürich entwickelt wurde, erlaubt erstmals computertomographische Untersuchungen feinster Strukturen mit einer Auflösung im Nanometerbereich. Mit Hilfe der neuen Methode können etwa dreidimensionale Innenansichten fragiler Knochenstrukturen erstellt werden.

In vielen wichtigen Werkstoffen findet man mehrere Phasen. Wird ein solcher Werkstoff erwärmt, können Atome von der einen Phase zur anderen wandern, so dass sich die Verteilung der Phasen ändert à und damit oft die Eigenschaften des Werkstoffs. Nun haben Forschende für einen wichtigen Fall einer solchen Veränderung gezeigt, dass es eine universelle Gesetzmässigkeit gibt, die den Vorgang beschreibt. Und zwar für alle Werkstoffklassen.

Auf Bildern, die mit Phasenkontrastverfahren erzeugt werden, kann man Gewebe unterscheiden, das auf gewöhnlichen Röntgenbildern fast gleich aussieht: etwa Muskeln, Knorpel, Sehnen oder Weichteiltumore. Forschende des Paul Scherrer Instituts und der Chinesischen Akademie der Wissenschaften haben das Verfahren so weiterentwickelt, dass es in Zukunft einfacher zu handhaben sein wird. Das könnte helfen, Tumore zu erkennen oder gefährliche Gegenstände im Gepäck sichtbar zu machen.