Uno dei percorsi di ricerca più vitali in genetica è il rapporto tra geni e crescita embrionale. Non invasivo, l'imaging 3D di tutto il corpo degli embrioni è molto importante per stabilire queste relazioni al fine di determinare l'impatto di geni specifici sullo sviluppo. I topi sono un modello di ricerca diffuso in genetica, ma l'acquisizione di immagini 3D dello sviluppo fetale di topo richiede una risoluzione e un rendimento più elevati rispetto a quanto può fornire la micro tomografia computerizzata convenzionale (micro-TC).

L'avvento della micro-TC è stato come l'acquisizione improvvisa di un superpotere, consentendo ai ricercatori di visualizzare per la prima volta l'interno di oggetti e organismi in modo non invasivo. Le informazioni raccolte dai sistemi di micro-TC sono raccolte in informazioni fetta per fetta, fornendo uno sguardo a qualsiasi sezione trasversale di un campione.

Fondamentalmente, la tecnologia è una tecnica avanzata di trasmissione dei raggi X. Un generatore emette raggi X che viaggiano attraverso un campione e colpiscono un rivelatore sul lato opposto. Il campione viene ruotato e ripreso di una frazione di grado ripetutamente fino a 180 o 360 gradi, ottenendo una radiografia 3D completa. I ricercatori cercano costantemente di ridurre i tempi di acquisizione aumentando la risoluzione per acquisire immagini di processi in vivo che la tecnologia attuale è troppo lenta da acquisire.

Una collaborazione internazionale di ingegneri e ricercatori riferisce ora sullo sviluppo di un sistema di micro-TC su scala di laboratorio che utilizza una sorgente di luce a raggi X compatta basata su plasma laser, che hanno usato per scansionare un embrione di topo, un obiettivo in scala centimetrica, ad alta risoluzione. Hanno riportato i loro risultati nel Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze .

L'accelerazione del plasma è una tecnica per accelerare le particelle cariche utilizzando strutture di plasma ad alto gradiente. In questo caso, la radiazione è stata generata dal moto del betatrone di elettroni all'interno di un diluito, plasma transitorio, che ha superato i limiti delle precedenti sorgenti di radiazioni micro-CT utilizzando anodi convenzionali solidi o liquidi. "Mostriamo che con la sorgente laser-betatron, otteniamo immagini di embrioni di qualità equivalente a quella dello scanner da banco ma con un singolo impulso laser anziché l'esposizione di più secondi richiesta con il tubo a raggi X, " scrivono gli autori.

Riferiscono che il loro dispositivo ha un'energia fotonica superiore a quella utilizzata per dimostrare la tomografia a contrasto di fase di campioni di insetti. Hanno aumentato la profondità di penetrazione dei raggi X e migliorato il rapporto segnale-rumore, ottenendo immagini di qualità superiore rispetto a quelle prodotte da scanner commerciali microfocus.

Producendo una risoluzione così alta, dettagli a livello submicrometrico è stato un obiettivo importante nello sviluppo di micro-TC, ma i ricercatori sottolineano che dovranno continuare a perfezionare la loro tecnologia prima che sia pronta per la produzione commerciale. Uno svantaggio è una minore efficienza di conversione da raggi X a ottica, con conseguente necessità di esposizioni multiple e tempi di scansione più lunghi. A causa della bassa frequenza di ripetizione del laser, la loro scansione dell'embrione di topo ha richiesto diverse ore. "Questo può essere risolto aggiornando il sistema laser che guida l'acceleratore, " scrivono. Ma credono che la loro tecnica si tradurrà in sorgenti di raggi X compatte per l'imaging rapido di campioni biologici morbidi con una risoluzione senza precedenti.

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