Rentgenska nanotomografiya kostnega ultrastruktura

Kostnega tkiva je hierarhično organizirana življenje težko stvar, trd in vzdržljiv, vendar hkrati in enostavno. To je dinamičen tkivo, ki lahko zazna in popravilo škode na vseh ravneh, prilagajanje na zunanje mehanske vplive. Mehanizmi vključevanja in upravljanje teh procesov niso povsem jasni. Kot pravilo, stanje, ki ga spremlja krhkosti kosti, povezana s spremembami v procesih preoblikovanja kosti in neravnovesja med resorpcijo kosti in tvorbo tkiva. Mehanizmi za upravljanje znanja iz preoblikovanja kosti je ključnega pomena za razumevanje bolezni kosti in optimizacijo zdravljenja.

Na splošno velja, da je pomanjkanje kostnega tkiva razvija zaradi nepravilnosti v mikroskopskih in ultrastrukturni ravni, v zvezi s katero je treba pridobiti ustrezno količinsko 3D nanoizobrazheny kosti.

Konfokalna lasersko skeniranje mikroskopija omogoča vizualizacijo tridimenzionalne ultrastrukturo kosti, vendar je globina prodiranja je zelo omejena. Nastopajo osredotočene ionskega curka, serijskih oddelkov, v naslednjem slikanje na vrstičnim elektronskim mikroskopom lahko dosegli odlično prostorsko ločljivost, vendar zahteva celovito pripravo in barvila, in samo skeniranje traja dlje časa.

Različne shema slikanje s pomočjo rentgenskih žarkov so bili predlagani za pridobitev 3D slike kosti ultrastrukturo. Prenos rentgenski mikroskopija (TPM) je zagotoviti prikaz posameznih vrzeli tubule retikularni kosti miško. TPM zagotavlja visoko ločljivost (40 nm) slike, ampak omejeno vidno polje 5,5? 5.5? 5.5 mm3 ne omogoča analizirati več kot eno celico, kar omejuje učinkovitost kvantitativnem raziskovanju. Dobljene rentgenske slike praznin-kanalikularni omrežja obljubljajo zanimive rezultate, vendar s podaljšanim 40-urni skenira razgledno polje 40 mikronov, omejuje uporabo metode.

X-ray microtomography zelo koristen način vizualizacije in omogoča nedestruktivno 3D analizo notranje strukture materialov, ki se zdaj pogosto uporablja v proizvodnji biomedicinskih slik. Z relativno majhni študiji časa, visoko svetlost sinhrotron rentgenske vir daje na razpolago resolucijo podmikrometrsko, in izbira monokromatsko žarka omogoča izvedbo kvantitativne ocene o obsegu mineralizacije. Sinhrotron tomografija izkazalo natančno orodje za preučevanje 3D arhitekturo mineralizacijo kosti in lokalne, vendar še vedno ne učinkovitost te metode v vizualizacijo praznine-kanalikularni omrežij bila dokazana.

Materiali in metode. Ta člen uvaja prvi, nedestruktivno ultrastrukturni 3D vizualizacijo kosti s pomočjo rentgenske tomografije. Vzorci 0.4? 0.4? 5mm3 so opomogla od sredine diafize človeškega stegnenice. Za izvedbo tomografsko študijski vzorec je bil nameščen na rotirajoči platformi. Monohromatirovalsya rentgenski žarek in usmerjeno s pomočjo zrcalnih optike Rentgensko v točko, 50? 50 nm 2.

Niz tomografskih posnetkov, smo zabeležili pri štirih položajih. Slike niso primerne za neposredno uporabo kot standardni tomografsko obnovo. Nastale faze kartice so bile v algoritem tomografsko obnove, ki temelji na vzvratno filter predstavil. Povzetek tomografija je rekonstrukcija 3D lomnega distribucije indeksa sorazmerno z lokalno gostoto objekta.

Rezultati in zaključki. Slika prikazuje Tomografski rezine po obnovi v prečni (a) in prednji (b) in sagitalno (c) letala. Kažejo ultrastrukturni značilnosti merilno kosti odlične kakovosti. Ne obarvajo samo osteocit praznine in kanalčkov, temveč predmete, kot so cement linij in bližnjemu matriko mineralizacije.

Glede na usmeritve v zvezi z virtualno rezine letalom osteocit kanalčkov vidne kot črne pike in črte. Cement linija ločevanje osteons med seboj in od intersticijsko tkivo, ki tvori mejo med končno točko resorpcije kosti in izhodišče nove kostne tvorbe je zelo dobro opazili kot svetlo pasu. Za te slike, ki jih lahko oceni lokalno gostoto tkiva in končal svoje mineralizacije. Na primer, je serija slik sklenila gipermineralizatsii cement linije, v primerjavi z okoliško intersticijsko tkivo.

X-ray nanotomografiya, hkrati pa ne daje najboljšo možno rešitev, vendar je najbolj primeren za praktično oceno stanja kostnega tkiva na ultrastrukturni ravni.