跨學科合作！X射線相襯顯微技術為破解新冠病毒感染機制提供新思路
近日，由哥廷根大學（University of G?ttingen）的物理學家Tim Salditt教授牽頭的研究小組在學術期刊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。該研究基于X射線相襯CT，使用了X射線顯微鏡技術，可對感染了新冠病毒后受損的肺部組織（肺泡和血管結構）進行高分辨成像和三維建模（可視化）。
該項目由來自哥廷根大學的物理學家和漢諾威醫(yī)學院的病理學家以及肺部專家聯(lián)合開發(fā)?；谶@項研究，他們認為可以以多尺度相位對比的X射線斷層掃描為工具，來破譯Covid-19的病理生理學機制，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。（新冠病毒感染導致肺泡細胞及上皮細胞大量死亡，細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X射線以來，X射線成像就被廣泛應用于臨床醫(yī)學等領域。從傳統(tǒng)的X光技術發(fā)展而來，CT掃描能夠掃描出三維圖像，讓醫(yī)生能更加準確地進行診斷。然而，傳統(tǒng)的X射線成像一直是依賴于物體不同部位對X射線產生不同程度的吸收衰減，這種傳統(tǒng)技術的分辨率和對比度無法探測到細胞或亞細胞的組織結構。
多尺度X射線斷層掃描設置
因此，作者Salditt及他的研究小組使用了 “相襯成像技術”，利用X射線穿過物體產生的相位變化，得到強度差異圖，并從中重構出清晰的三維圖像，他們現在已經將這種方法應用于研究Covid-19中受感染的肺部組織。
*研究人員使用的是位于德國漢堡的德國電子同步加速器研究所DESY 正負電子儲存環(huán)PETRAIII產生的高強度X射線輻射。PETRA-III能量為6 GeV，流強為100mA。通過采用阻尼扭擺磁鐵，發(fā)射度可達1 nmrad。PETRA-III在數年內都是世界上基于X射線源的亮度最高的儲存環(huán)，以至可以用于測量納米尺寸的微小樣本。這種光源可用于研究蛋白質、納米材料和新型器件。
正如150年前，得益于物理學界和醫(yī)學界的緊密合作，現代顯微技術出現并蓬勃發(fā)展，隨后被廣泛應用于臨床醫(yī)學。當下的跨學科研究團隊同樣希望能夠推動這些新技術在治療方法及藥物開發(fā)上的應用，以預防、減輕Covid-19造成的嚴重肺部損傷，或促進受損組織的再生和恢復。
“只有當我們能夠清楚地看到和了解真實情況時，我們才能研發(fā)出有針對性的干預措施和藥物?！鳖I導這項跨學科負責醫(yī)學部分的Danny Jonigk（漢諾威醫(yī)學院）補充道。我們相信隨著科學的發(fā)展，通過跨學科合作，物理學在醫(yī)學中將會獲得更多的應用，并為醫(yī)學的發(fā)展做出更大貢獻。