Computertomografie (CT) is een standaardprocedure in ziekenhuizen, maar tot nu toe, de technologie is niet geschikt gebleken om extreem kleine objecten in beeld te brengen. In PNAS , een team van de Technische Universiteit van München (TUM) beschrijft een nano-CT-apparaat dat driedimensionale röntgenbeelden maakt met resoluties tot 100 nanometer. Samen met collega's van de Universiteit van Kassel en Helmholtz-Zentrum Geesthacht, de onderzoekers hebben het bewegingssysteem van een fluwelen worm geanalyseerd.

Tijdens een CT-analyse wordt het onderzochte object wordt bestraald en een detector meet de respectieve hoeveelheid geabsorbeerde straling vanuit verschillende hoeken. Driedimensionale afbeeldingen van de binnenkant van het object worden geconstrueerd op basis van verschillende van dergelijke metingen. Echter, de technologie bereikte zijn grenzen als het ging om objecten zo klein als de kleine, 0,4 millimeter lange poten van de fluwelen worm (Onychophora).

Beelden met een hoge resolutie van deze omvang vereisen straling van deeltjesversnellers, toch zijn er slechts enkele tientallen van dergelijke faciliteiten in Europa. Benaderingen die geschikt waren voor het typische laboratorium moesten nog worstelen met lage resoluties, en waren beperkt tot bepaalde materialen en konden een bepaalde grootte niet overschrijden. De reden was vaak het gebruik van röntgenoptica, die röntgenstraling focussen op een manier die vergelijkbaar is met optische lenzen die licht focussen, maar ze hebben ook verschillende beperkingen.

Het TUM Nano-CT-systeem is gebaseerd op een nieuw ontwikkelde röntgenbron die een bijzonder gerichte straal genereert zonder afhankelijk te zijn van röntgenoptica. In combinatie met een extreem geluidsarme detector, het apparaat produceert beelden die de resolutie van een scanning elektronenmicroscoop benaderen, terwijl ook het vastleggen van structuren onder het oppervlak van het doel. "Ons systeem heeft beslissende voordelen in vergelijking met CT's die röntgenoptica gebruiken, " zegt TUM-wetenschapper Mark Müller, hoofdauteur van het PNAS-artikel. "We kunnen tomografieën maken van aanzienlijk grotere monsters en we zijn flexibeler in de materialen die kunnen worden onderzocht."

Deze woningen waren ideaal voor het team onder leiding van prof. Georg Mayer, hoofd van de afdeling Zoölogie van de Universiteit van Kassel. De wetenschappers onderzoeken de evolutionaire oorsprong van geleedpotigen, inclusief, bijvoorbeeld, insecten, spinnen en schaaldieren. Hun huidige onderzoek, echter, richt zich op fluwelen wormen (onychophorans), die kan worden gezien als wormen met poten. Ze zijn nauw verwant aan geleedpotigen. Sommige soorten fluweelwormen kunnen wel 20 centimeter lang worden, terwijl andere niet groter zijn dan een centimeter. De exacte zoölogische classificatie van deze oude dieren is nog steeds een kwestie van controverse; vermoedelijk, ze delen een gemeenschappelijke voorouder met geleedpotigen en tardigrades (waterberen).

"In tegenstelling tot geleedpotigen, onychophorans hebben geen gesegmenteerde ledematen, zoals ook het geval is met hun veronderstelde gemeenschappelijke fossiele voorouders, ", zegt Georg Mayer. "Het onderzoek naar de functionele anatomie van de poten van de fluwelen worm speelt een sleutelrol bij het bepalen hoe de gesegmenteerde ledematen van de geleedpotigen zijn geëvolueerd." De Nano-CT-beelden maken het mogelijk om de individuele spierstrengen van het fluweel te onderzoeken Het team uit Kassel is van plan om de komende maanden gedetailleerde resultaten te publiceren, maar van één ding zijn ze al overtuigd:het Nano-CT-apparaat heeft zijn eerste praktijktest doorstaan.

"In de toekomst, deze technologie maakt ook biomedisch onderzoek mogelijk. Dus, bijvoorbeeld, we zullen weefselmonsters kunnen onderzoeken om te verduidelijken of een tumor kwaadaardig is of niet. Een niet-destructief en driedimensionaal beeld van het weefsel met een resolutie zoals die van de Nano-CT kan ook nieuwe inzichten opleveren in de microscopische ontwikkeling van wijdverbreide ziekten zoals kanker."