Ved hjelp av mikro-CT, en røntgenmetode som lager tredimensjonale bilder med høy oppløsning, kan forskere få detaljerte innblikk i små prøver. Metoden har lenge vært brukt til å studere harde strukturer som bein og tenner, som absorberer røntgenstråler effektivt og gir tydelig kontrast i bildene. Bløtvev har derimot vært langt vanskeligere å få øye på.
I doktorgradsarbeidet sitt har Torben Hildebrand jobbet med å gjøre bløtvev synlig i mikro-CT, uten å ødelegge prøvene. I stedet for å endre selve røntgenutstyret, har han konsentrert seg om hvordan vevet kan forberedes før det avbildes.
Et teknisk spørsmål i sentrum
Utgangspunktet for arbeidet er et grunnleggende teknisk spørsmål: Hva avgjør egentlig hva vi kan se med røntgenbasert avbildning?
– Mange tenker at det først og fremst er biologien som setter grensene, sier Hildebrand. – Men i stor grad handler dette om fysikk. Det vi ser, avhenger av hvordan vevet samhandler med røntgenstråler, og hvordan signalene blir registrert.
Bløtvev har nesten samme tetthet som vann og absorberer derfor røntgenstråler svært dårlig. Resultatet er bilder med lav kontrast, der viktige strukturer forsvinner i bakgrunnen.
Når røntgen ser lenger enn lys
En av fordelene med mikro-CT er at røntgenstråler kan trenge langt dypere inn i vev enn synlig lys. Optiske metoder, som lys- og konfokalmikroskopi, er begrenset av hvor langt lyset når, og av at det spres i vevet.
– Med mikro-CT kan vi undersøke hele prøver i tre dimensjoner, ikke bare tynne snitt, forklarer Hildebrand.
Dette gjør metoden særlig nyttig for større eller komplekse vevsprøver, der forskere ønsker å se hvordan strukturer henger sammen romlig.
Kontrastmidler gjør bløtvev synlig
For å løse kontrastproblemet har Hildebrand brukt kontrastmidler, stoffer som binder seg til bestemte deler av vevet og absorberer røntgenstråler bedre enn selve bløtvevet.
– Du kan tenke på kontrastmidler som en markeringstusj, sier han. – De endrer ikke strukturen i vevet, men gjør bestemte komponenter lettere å se.
Ulike kontrastmidler binder seg til ulike strukturer, for eksempel celler, blodårer eller bestemte molekyler. En viktig del av arbeidet har vært å undersøke hvilke kontrastmidler som egner seg best til ulike typer vev, og hvordan små endringer i forberedelsen påvirker bildekvaliteten.
– Det avgjørende er ikke bare hvilket kontrastmiddel man bruker, men hvordan prøven behandles før avbildning, sier Hildebrand.
Tenner som egnet testmodell
Mye av forskningen er gjort på tenner, som inneholder både hardt vev og bløtvev tett sammen. Det gjør dem til en godt egnet testmodell for å studere samspillet mellom ulike vevstyper.
I flere forsøk ble tennene først delvis avkalket for å redusere den sterke kontrasten fra det harde vevet. Deretter ble prøvene behandlet med kontrastmidler som binder seg til bløtvev, blant annet blodceller. På denne måten kunne forskerne visualisere indre bløtvevsstrukturer i tre dimensjoner, samtidig som prøvene forble intakte.
Virtuell histologi
Bildene som produseres med mikro-CT, kan brukes til såkalt virtuell histologi. I tradisjonell histologi må vev skjæres i tynne snitt, farges og undersøkes i mikroskop. Det gir detaljerte bilder, men er både tidkrevende og destruktivt.
– Med virtuell histologi kan vi undersøke vev i tre dimensjoner og lage digitale snitt i hvilken som helst retning, forklarer Hildebrand.
Metoden kan brukes til å få oversikt over hele strukturer før man eventuelt går videre med mer invasive analyser, og kan dermed redusere behovet for mange prøver.
Nær avansert røntgenkvalitet i laboratoriet
I arbeidet har Hildebrand også sammenlignet mikro-CT i laboratoriet med avbildning ved store synkrotronanlegg, som gir svært kraftige og presise røntgenstråler, men som er kostbare og vanskelige å få tilgang til.
– Med riktig bruk av kontrastmidler kan vi oppnå bildekvalitet som kommer overraskende nær det man får ved slike anlegg, sier han.
Det kan gjøre avansert bløtvevsavbildning tilgjengelig for langt flere forskningsmiljøer.
Relevans utover tannforskning
Selv om arbeidet tar utgangspunkt i tannforskning, har metodene langt bredere anvendelse. De kan brukes til å studere biomaterialer, vevsteknologiske konstruksjoner og organoider som er små, tredimensjonale vevsmodeller dyrket i laboratoriet.
– Dette er metoder som kan brukes der strukturene er for store eller komplekse for tradisjonell mikroskopi, sier Hildebrand.
Et nytt verktøy for tredimensjonal vevsforskning
Forskningen viser at utviklingen innen medisinsk avbildning ikke bare handler om bedre maskiner, men også om smartere bruk av eksisterende teknologi. Ved å kombinere mikro-CT med målrettet bruk av kontrastmidler kan forskere studere bløtvev i tre dimensjoner uten å ødelegge prøvene.
På sikt kan slike metoder gi ny innsikt i både normal vevsstruktur og sykdomsprosesser, og bli et viktig verktøy i biomedisinsk forskning.