Компьютерные томографы видят регенерацию тканей
Новый тип компьютерных томографов позволил ученым «увидеть», как именно регенерируют конечности животных. Аппарат не только отличает кости от мягких тканей, но и способен показать разные уровни минерализации костей, хрящей и мягких тканей. Авторы надеются, что сделали важный шаг к регенеративной медицине.
Сотрудники Университета Дуйсбург -- Эссен (Германия) Франк Нойес (Frank Neues) и Маттиас Эппль (Matthias Epple) с помощью нового прибора компьютерной томографии смогли получить данные о формировании раковин, костей и других твердых тканей различных животных.
Биоминерализация показывает, как минеральные вещества используются живыми организмами, например, во внешнем (раковины) или во внутреннем скелете (кости). Интерес к этой проблеме в последние годы значительно возрос, так как очень многие медицинские проблемы связаны с разрушением твердых тканей -- костей, зубов. Причиной подобных заболеваний считается осадок неорганических материалов на органических. Ранее исследователи могли изучать лишь те костные ткани, которые находятся на поверхности, для этого обычно применялись электронная микроскопия, микроскопия в инфракрасных лучах, рамановская микроскопия и рентгеновская микродифракция.
Однако для изучения внутренней морфологии биоминерализованных тканей приходилось отделять органические и неорганические компоненты ткани друг от друга с помощью биологических, механических или химических методик.
Компьютерная томография уже давно используется в медицине. Правда, снимки в основном делаются уже после того, как кость сломана или повреждена. Нойес и Эппль смогли усовершенствовать этот прибор и получить снимки с более высоким разрешением -- на них легче можно отличить мягкие ткани от твердых. Микрокомпьютерная томография (μCT), как и обычная, основана на разном коэффициенте проникновения рентгеновских лучей в различные типы ткани. Но если разрешение обычных снимков около 1 мм, то микрокомпьютерный томограф позволяет сделать снимки с разрешением в несколько микрометров. Такая методика позволяет на снимке обнаружить рак кости, отличить слабоминерализованные (например, хрящи, костные мозоли) и неминерализованные ткани (например, хитиновые кутикулы насекомых). Так что теперь с ее помощью можно определить, например, страдает ли человек остеопорозом. Или посмотреть, как костная ткань врастает в различные иные материалы, например, в полимерные и керамические костные заменители.
Авторы работы изучали кости и зубы животных, скелеты рыб и раковины моллюсков. Точнее, делали снимки костных тканей с разных сторон, а затем с помощью компьютеров создавали трехмерные изображения высокого качества. Также немецкие специалисты проследили, как тритоны отращивают себе новые конечности: снимки позволили изучить уровень минерализации этих костей (а именно, количество фосфата кальция в костных тканях). Ученые пояснили, что хотят понять механизм регенерации. Возможно, удастся его воспроизвести у людей, что может стать началом регенеративной медицины.
Статья немецких ученых опубликована в Chemical Reviews (ACS).
