Een van de meest vitale onderzoekspaden in de genetica is de relatie tussen genen en embryonale groei. niet-invasief, 3D-beeldvorming van het hele lichaam van embryo's is van groot belang voor het vaststellen van deze relaties om de impact van specifieke genen op de ontwikkeling te bepalen. Muizen zijn een wijdverbreid onderzoeksmodel in de genetica, maar het vastleggen van 3D-beelden van de ontwikkeling van de foetus van de muis vereist een hogere resolutie en een hogere doorvoer dan conventionele micro-computertomografie (micro-CT) kan bieden.

De komst van micro-CT was als de plotselinge verwerving van een supermacht, waardoor onderzoekers voor het eerst de binnenkant van objecten en organismen op een niet-invasieve manier in beeld kunnen brengen. De informatie die door micro-CT-systemen wordt verzameld, wordt gecompileerd tot informatie per segment, het geven van een blik op elke dwarsdoorsnede van een monster.

In principe, de technologie is een geavanceerde röntgentransmissietechniek. Een generator zendt röntgenstralen uit die door een monster gaan en een detector aan de andere kant raken. Het monster wordt gedraaid en afgebeeld met een fractie van een graad herhaaldelijk over 180 of 360 graden, resulterend in een volledige 3D-röntgenfoto. Onderzoekers proberen voortdurend de acquisitietijden te verkorten en tegelijkertijd de resolutie te verhogen om beelden te verkrijgen van in vivo processen die met de huidige technologie te langzaam kunnen worden vastgelegd.

Een internationaal samenwerkingsverband van ingenieurs en onderzoekers rapporteert nu over de ontwikkeling van een micro-CT-systeem op laboratoriumschaal met behulp van een compacte op laserplasma gebaseerde röntgenlichtbron, waarmee ze een muizenembryo scanden, een doel op centimeterschaal, bij hoge resolutie. Ze hebben hun resultaten gerapporteerd in de Proceedings van de National Academy of Sciences .

Plasmaversnelling is een techniek om geladen deeltjes te versnellen met behulp van plasmastructuren met een hoge gradiënt. In dit geval, de straling werd gegenereerd door de betatron-beweging van elektronen in een verdunde, voorbijgaand plasma, die de beperkingen van eerdere micro-CT-stralingsbronnen overwon met behulp van conventionele vaste of vloeibare anoden. "We laten zien dat met de laser-betatronbron, we verkrijgen embryo-afbeeldingen van een kwaliteit die gelijkwaardig is aan die van de tafelscanner, maar met een enkele laserpuls in plaats van de belichting van meerdere seconden die vereist is met de röntgenbuis, ’ schrijven de auteurs.

Ze melden dat hun apparaat een hogere fotonenergie heeft dan die gebruikt om fasecontrasttomografie van insectenmonsters aan te tonen. Ze hebben de röntgenpenetratiediepte vergroot en de signaal-ruisverhouding verbeterd, resulterend in beelden van hogere kwaliteit dan die geproduceerd door commerciële microfocusscanners.

Het produceren van zulke hoge resolutie, details op submicrometerniveau zijn een belangrijk doel geweest bij de ontwikkeling van micro-CT's, maar de onderzoekers benadrukken dat ze hun technologie moeten blijven verfijnen voordat deze klaar is voor commerciële productie. Een nadeel is een lagere röntgen-naar-optische conversie-efficiëntie, wat resulteert in de noodzaak van meervoudige belichtingen en langere scantijden. Vanwege de lage laserherhalingsfrequentie, hun scan van het muizenembryo duurde enkele uren. "Dit kan worden opgelost door het lasersysteem dat het gaspedaal aandrijft te upgraden, ", schrijven ze. Maar ze geloven dat hun techniek zal resulteren in compacte röntgenbronnen voor snelle beeldvorming van zachte biologische monsters met een ongekende resolutie.

© 2018 Medical Xpress