Un guide de sectionnement, de coring et de traitement d’image pour l’approvisionnement et l’analyse d’échantillons d’os cortical à haut débit pour le micro-CT synchrotron

Les données disponibles concernant l’obtention d’échantillons osseux pour la microtomographie synchrotron restent rares. Notre tutoriel complet fournit une méthodologie simple, peu destructrice et rentable. Il est essentiel de se procurer des échantillons d’os de dimensions cohérentes et de forme cylindrique pour s’assurer que les ensembles de données résultants sont de la plus haute qualité et que les résultats sont applicables.

Les techniques décrites dans ce manuscrit sont applicables au carottage de roches, de fossiles ou de tout matériau dur. Nous les avons utilisés pour collecter des noyaux de roches et des monocristaux de taille uniforme pour des expériences à haute pression afin d’explorer la rhéologie de la croûte terrestre et du manteau supérieur. Les carottiers novices peuvent constater que l’échantillon d’os forme des formes coniques.

Ce problème peut être résolu en laissant suffisamment de temps à la poussière d’os pour s’écouler du trépan et en ralentissant la vitesse de carottage. Il y a un manque de textes et de vidéos pédagogiques qui démontrent l’approvisionnement en échantillons d’os pour la micro-tomodensitométrie synchrotron et l’analyse logique. Notre tutoriel de préparation osseuse étape par étape aide à combler cette lacune.

Placez une lame de microscope en verre de 75 x 25 millimètres sur des plaques chauffantes jusqu’à 140 degrés Celsius et faites fondre une quantité généreuse de résine époxy thermique au centre de la lame. Appuyez sur la face inférieure du bloc osseux dans la résine époxy thermique de la lame de microscope avec la longueur de l’os perpendiculaire à la lame. Déplacez l’échantillon d’avant en arrière afin de recouvrir la face inférieure de l’os et d’assurer une adhérence sûre.

Laissez l’échantillon monté reposer sur la plaque chauffante pendant environ cinq minutes pour permettre à l’époxy thermique de pénétrer dans les pores et les fissures, en s’assurant que l’époxy sur la lame est exempt de bulles. S’il y a des bulles, déplacez l’échantillon d’avant en arrière pour les retirer. À l’aide d’une pince émoussée, retirez la lame avec l’échantillon monté de la plaque chauffante et laissez-la refroidir à température ambiante pendant environ 10 minutes, puis retirez tout époxy du bord de la lame avec une lame de rasoir pour vous assurer que le mandrin saisit correctement la glissière.

Fixez la lame avec l’échantillon collé à un mandrin coulissant en verre et montez le mandrin sur le bras pivotant d’une scie à tronçonner à vitesse lente, en le positionnant de manière à ce qu’une section transversale de l’os puisse être coupée perpendiculairement à sa longueur. Ajustez le bras pivotant pour vous assurer que la lame entre en contact avec l’échantillon et le transecte. Ajoutez des poids de l’autre côté du bras de coupe pour contrer le poids du bras et ajoutez de l’eau distillée et du liquide de coupe dans le récipient de fluide.

Fixez fermement la lame de plaquette de diamant et assurez-vous que le niveau de liquide submerge la partie coupante de la lame. Réglez la vitesse à 200 tr/min et abaissez lentement l’échantillon sur la lame. Une fois que la scie commence à sectionner, assurez-vous que la lame et le mandrin ne vacillent pas ou ne rebondissent pas.

Si c’est le cas, arrêtez immédiatement la scie et serrez la lame ou le bras du mandrin. Si le mandrin se déplace agressivement de haut en bas, ajoutez plus de contrepoids. La première section épaisse est une découpe de déchets qui fournira une surface bien définie parallèlement à chaque coupe supplémentaire.

Après la première coupe des déchets, soulevez le bras pivotant et déplacez le mandrin de cinq millimètres vers la lame à l’aide de la molette de positionnement. Une fois la coupe terminée, placez la lame de verre avec l’échantillon monté sur une plaque chauffante pour faire fondre l’époxy thermique. Montez des sections osseuses de cinq millimètres au fond d’une boîte d’aluminium peu profonde en utilisant la technique de liaison thermique époxy décrite précédemment.

Placez l’étain sur une table de machine XY de la perceuse à colonne et serrez à la main les pinces de fixation. Insérez un foret de carottage à pointe diamantée de bijoutier à arbre creux de deux millimètres de diamètre intérieur dans le mandrin de perçage de la fraiseuse et ajustez le limiteur de profondeur pour éviter le carottage à travers l’étain. Alignez la face antérieure centrale de l’échantillon d’os sous le trépan tout en évitant tout contact étroit avec le périoste et l’ostium ou les zones fortement trabéculées.

Remplissez la boîte d’eau distillée pour couvrir complètement l’échantillon, ce qui empêche l’accumulation de chaleur, la combustion de l’échantillon et l’endommagement du trépan pendant le carottage. La perceuse à colonne peut être dangereuse si des mesures de sécurité appropriées ne sont pas prises. Les opérateurs doivent s’assurer qu’ils portent des lunettes de sécurité, que les vêtements amples sont sécurisés et que les cheveux longs sont tirés vers l’arrière pour ne pas se coincer dans la broche.

Pour les premiers contacts entre le trépan et l’os, appliquez une légère pression afin de porter un anneau sur la surface supérieure de l’os. Cela permet d’éviter la déviation du foret au début du processus de carottage et d’assurer un placement correct du foret. Pendant le carottage, soulevez le trépan dans l’échantillon et hors de celui-ci tout en gardant la pointe du trépan sous la surface de l’eau.

Faites-le toutes les quelques secondes pour éliminer la poussière d’os piégée et vous assurer que les débris n’obstruent pas le foret. Une fois le carottage terminé, la carotte osseuse résultante peut se loger dans le trépan à tige creuse. Utilisez une paire de pinces à pointe fine ou une petite clé Allen pour déloger le noyau du foret.

Conservez l’échantillon carotté dans un tube de microcentrifugation étiqueté dans un endroit frais et sec jusqu’à l’imagerie. La méthode décrite d’échantillonnage des carottes s’est avérée très efficace et efficiente. Des figures représentatives comparant le flux de traitement d’image d’un échantillon carotté et d’un échantillon obtenu à l’aide d’un outil rotatif sont présentées ici.

L’échantillon coupé à l’aide de l’outil rotatif commun a montré une augmentation du nombre de canaux et de lacunes et une diminution du diamètre moyen du canal, du volume du canal et de la porosité corticale par rapport à l’échantillon carotté. Ce tableau présente les données de porosité de chaque échantillon. Bien que le protocole de carottage diminue les artefacts observés dans les tomodensitométries par micro-ordinateur synchrotron, les figures chargées d’artefacts de moindre qualité provenant des expériences de bloc osseux rectiligne représentent un problème à multiples facettes.

Le traitement ultérieur de l’image a confirmé le potentiel de la technique pour améliorer la visualisation de la micro-architecture de l’os cortical. Par exemple, des différences de minéralisation, une meilleure délimitation des limites ostéonales et une visualisation cohérente des tissus mous dans les canaux vasculaires ont été observées. Procéder lentement est la clé pour obtenir des échantillons cylindriques de taille constante.

Aller trop vite peut faire en sorte que les échantillons deviennent en forme de cône au lieu de cylindriques. Tout en achetant des sections épaisses pour le carottage, d’autres sections épaisses peuvent être rassemblées pour la microscopie à fond clair ou confocale. Cela permet de visualiser le réseau canaliculaire.