En av de viktigaste forskningsvägarna inom genetik är förhållandet mellan gener och embryonal tillväxt. Ej invasiv, 3D-avbildning av hela kroppen av embryon är mycket viktig för att upprätta dessa relationer för att bestämma effekterna av specifika gener på utvecklingen. Möss är en utbredd forskningsmodell inom genetik, men för att fånga 3D-bilder från musfosterutveckling krävs högre upplösning och högre genomströmning än vad konventionell mikrodatortomografi (mikro-CT) kan ge.

Tillkomsten av mikro-CT var som det plötsliga förvärvet av en supermakt, tillåter forskare att för första gången avbilda insidan av föremål och organismer icke -invasivt. Informationen som samlas in av mikro-CT-system sammanställs i skiv-för-skiva-information, ger en titt på alla tvärsnitt av ett prov.

I grund och botten, tekniken är en avancerad röntgenöverföringsteknik. En generator avger röntgenstrålar som färdas genom ett prov och träffar en detektor på motsatt sida. Provet roteras och avbildas med en bråkdel av grader upprepade gånger genom 180 eller 360 grader, vilket resulterar i en komplett 3D-röntgen. Forskare försöker ständigt minska förvärvstiderna samtidigt som de ökar upplösningen för att få bilder av in vivo -processer som nuvarande teknik är för långsam för att fånga.

Ett internationellt samarbete mellan ingenjörer och forskare rapporterar nu om utvecklingen av ett mikro-CT-system i laboratorieskala med hjälp av en kompakt laserplasmabaserad röntgenljuskälla, som de använde för att skanna ett musembryo, en centimeter skala, vid hög upplösning. De har rapporterat sina resultat i Förfaranden från National Academy of Sciences .

Plasmaacceleration är en teknik för att accelerera laddade partiklar med höggradientplasmastrukturer. I detta fall, strålningen genererades av betatronrörelsen av elektroner inuti en utspädd, övergående plasma, som övervann begränsningarna för tidigare mikro-CT-strålningskällor med konventionella fasta eller flytande anoder. "Vi visar att med laser-betatron-källan, vi får embryobilder av kvalitet som motsvarar den på bänkskannern men med en enda laserpuls snarare än den exponering på flera sekunder som krävs med röntgenröret, "skriver författarna.

De rapporterar att deras enhet har en högre fotonenergi än den som används för att demonstrera fas-kontrast tomografi av insektsprov. De har ökat röntgengenomträngningsdjupet och förbättrat signal-brusförhållandet, resulterar i bilder av högre kvalitet än de som produceras av kommersiella mikrofokusskannrar.

Producerar så hög upplösning, detaljer på submikrometernivå har varit ett viktigt mål för mikro-CT-utveckling, men forskarna betonar att de måste fortsätta förfina sin teknik innan den är klar för kommersiell produktion. En nackdel är en lägre röntgen till optisk konverteringseffektivitet, vilket resulterar i behovet av exponeringar med flera bilder och längre skanningstider. På grund av den låga laserrepetitionshastigheten, deras genomsökning av musembryot tog flera timmar. "Detta kan lösas genom att uppgradera lasersystemet som driver acceleratorn, "skriver de. Men de tror att deras teknik kommer att resultera i kompakta röntgenkällor för snabb avbildning av mjuka biologiska prover med en aldrig tidigare skådad upplösning.

© 2018 Medical Xpress