跨學(xué)科合作！X射線相襯顯微技術(shù)為破解新冠病毒感染機(jī)制提供新思路
近日，由哥廷根大學(xué)（University of G?ttingen）的物理學(xué)家Tim Salditt教授牽頭的研究小組在學(xué)術(shù)期刊eLife上發(fā)表了名為 “3d Virtual Patho-Histology of Lung Tissue from Covid-19 Patients based on Phase Contrast X-ray Tomography”的研究成果。
該文介紹了一種新的X射線三維成像技術(shù)。該研究基于X射線相襯CT，使用了X射線顯微鏡技術(shù)，可對(duì)感染了新冠病毒后受損的肺部組織（肺泡和血管結(jié)構(gòu)）進(jìn)行高分辨成像和三維建模（可視化）。
該項(xiàng)目由來(lái)自哥廷根大學(xué)的物理學(xué)家和漢諾威醫(yī)學(xué)院的病理學(xué)家以及肺部專(zhuān)家聯(lián)合開(kāi)發(fā)?；谶@項(xiàng)研究，他們認(rèn)為可以以多尺度相位對(duì)比的X射線斷層掃描為工具，來(lái)破譯Covid-19的病理生理學(xué)機(jī)制，并助力新冠病毒治療新方法的研究。
在一些新冠病毒重度感染樣本中，研究人員表示能夠在血管、炎癥部位、血栓和 “玻璃樣膜 ”中觀察到顯著變化。（新冠病毒感染導(dǎo)致肺泡細(xì)胞及上皮細(xì)胞大量死亡，細(xì)胞殘片及蛋白在肺泡壁大量堆積，使得肺泡壁增厚，并在其雙面形成玻璃樣膜hyaline membrane，最終嚴(yán)重阻滯了O2及CO2的交換。）而這也是首次在不需要切割，染色或破壞樣本的情況下，能夠在大塊樣本組織中觀察到這些變化。
自從1895年倫琴發(fā)現(xiàn)X射線以來(lái)，X射線成像就被廣泛應(yīng)用于臨床醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。從傳統(tǒng)的X光技術(shù)發(fā)展而來(lái)，CT掃描能夠掃描出三維圖像，讓醫(yī)生能更加準(zhǔn)確地進(jìn)行診斷。然而，傳統(tǒng)的X射線成像一直是依賴(lài)于物體不同部位對(duì)X射線產(chǎn)生不同程度的吸收衰減，這種傳統(tǒng)技術(shù)的分辨率和對(duì)比度無(wú)法探測(cè)到細(xì)胞或亞細(xì)胞的組織結(jié)構(gòu)。
多尺度X射線斷層掃描設(shè)置
因此，作者Salditt及他的研究小組使用了 “相襯成像技術(shù)”，利用X射線穿過(guò)物體產(chǎn)生的相位變化，得到強(qiáng)度差異圖，并從中重構(gòu)出清晰的三維圖像，他們現(xiàn)在已經(jīng)將這種方法應(yīng)用于研究Covid-19中受感染的肺部組織。
*研究人員使用的是位于德國(guó)漢堡的德國(guó)電子同步加速器研究所DESY 正負(fù)電子儲(chǔ)存環(huán)PETRAIII產(chǎn)生的高強(qiáng)度X射線輻射。PETRA-III能量為6 GeV，流強(qiáng)為100mA。通過(guò)采用阻尼扭擺磁鐵，發(fā)射度可達(dá)1 nmrad。PETRA-III在數(shù)年內(nèi)都是世界上基于X射線源的亮度最高的儲(chǔ)存環(huán)，以至可以用于測(cè)量納米尺寸的微小樣本。這種光源可用于研究蛋白質(zhì)、納米材料和新型器件。
正如150年前，得益于物理學(xué)界和醫(yī)學(xué)界的緊密合作，現(xiàn)代顯微技術(shù)出現(xiàn)并蓬勃發(fā)展，隨后被廣泛應(yīng)用于臨床醫(yī)學(xué)。當(dāng)下的跨學(xué)科研究團(tuán)隊(duì)同樣希望能夠推動(dòng)這些新技術(shù)在治療方法及藥物開(kāi)發(fā)上的應(yīng)用，以預(yù)防、減輕Covid-19造成的嚴(yán)重肺部損傷，或促進(jìn)受損組織的再生和恢復(fù)。
“只有當(dāng)我們能夠清楚地看到和了解真實(shí)情況時(shí)，我們才能研發(fā)出有針對(duì)性的干預(yù)措施和藥物。”領(lǐng)導(dǎo)這項(xiàng)跨學(xué)科負(fù)責(zé)醫(yī)學(xué)部分的Danny Jonigk（漢諾威醫(yī)學(xué)院）補(bǔ)充道。我們相信隨著科學(xué)的發(fā)展，通過(guò)跨學(xué)科合作，物理學(xué)在醫(yī)學(xué)中將會(huì)獲得更多的應(yīng)用，并為醫(yī)學(xué)的發(fā)展做出更大貢獻(xiàn)。