Guida all'elaborazione di sezioni, coring e immagini per l'approvvigionamento e l'analisi di campioni ossei corticali ad alta produttività per synchrotron Micro-CT

Summary

Abbiamo utilizzato un protocollo di campionamento geologico (coring) per procurare campioni ossei corticali di dimensioni uniformi per esperimenti SRμCT dall'aspetto anteriore della femora umana. Questo metodo è minimamente distruttivo, efficiente, si traduce in campioni cilindrici che riducono al minimo gli artefatti di imaging da forme campione irregolari e migliorano la visualizzazione e l'analisi microarchitettonica.

Abstract

L'osso è un tessuto dinamico e meccanicamente attivo che cambia struttura nel corso della vita umana. I prodotti del processo di rimodellamento osseo sono stati studiati sostanzialmente utilizzando tecniche bidimensionali tradizionali. I recenti progressi nella tecnologia di imaging a raggi X attraverso la tomografia micro-computerizzata desktop (μCT) e la tomografia micro-computerizzata a radiazione di sincrotrone (SRμCT) hanno permesso l'acquisizione di scansioni tridimensionali (3D) ad alta risoluzione di un campo visivo più ampio (FOV) rispetto ad altre tecniche di imaging 3D (ad esempio, SEM) fornendo un quadro più completo delle strutture microscopiche all'interno dell'osso corticale umano. Il campione deve essere centrato accuratamente all'interno del FOV, tuttavia, per limitare la comparsa di artefatti striati noti per influire sull'analisi dei dati. Studi precedenti hanno riportato l'approvvigionamento di blocchi ossei rettilinei di forma irregolare che si traducono in artefatti di imaging dovuti a bordi irregolari o troncamento dell'immagine. Abbiamo applicato un protocollo di campionamento geologico (coring) per procurare campioni di nucleo osseo corticale di dimensioni costanti per esperimenti SRμCT dall'aspetto anteriore della femora umana. Questo metodo di coring è efficiente e minimamente distruttivo per i tessuti. Crea campioni cilindrici uniformi che riducono gli artefatti di imaging per natura di essere isometrici durante la rotazione e forniscono una lunghezza uniforme del percorso per i raggi X durante la scansione. L'elaborazione delle immagini dei dati tomografici a raggi X di campioni cored e di forma irregolare conferma il potenziale della tecnica per migliorare la visualizzazione e l'analisi della microarchitettura ossea corticale. Un obiettivo di questo protocollo è fornire un metodo affidabile e ripetibile per l'estrazione di nuclei ossei corticali adattabili per vari tipi di esperimenti di imaging osseo ad alta risoluzione. Un obiettivo generale del lavoro è quello di creare un approvvigionamento osseo corticale standardizzato per SRμCT che sia conveniente, coerente e diretto. Questa procedura può essere ulteriormente adattata dai ricercatori in campi correlati che comunemente valutano materiali compositi duri come in antropologia biologica, geoscienze o scienze dei materiali.

Introduction

Con i recenti progressi nella tecnologia di imaging, è ora possibile acquisire dati di imaging a raggi X con una risoluzione molto elevata. I sistemi micro-CT desktop (μCT) sono lo standard attuale per l'imaging dell'osso cancello a causa della loro natura non distruttiva¹. Quando si imagingno caratteristiche microstrutturali dell'osso corticale, tuttavia, l'uso di μCT è stato più limitato. A causa di vincoli di risoluzione, i sistemi desktop non possono raggiungere la risoluzione richiesta per l'immagine di caratteristiche microstrutturali più piccole dei pori corticali, come le lacune osteocite. Per questa applicazione, SRμCT è ideale grazie ....

Protocol

Tutti gli esemplari provengono da donatori cadaverici imbalsamato presso l'Università di Toledo, il College of Medicine and Life Sciences e la Northeast Ohio Medical University (NEOMED), con il consenso informato del donatore stesso o dei parenti prossimi del donatore. L'University of Akron Institutional Review Board for the Protection of Human Subjects (IRB) ha ritenuto questi esemplari esenti dalla revisione completa dell'IRB in quanto non sono stati acquistati da individui viventi. Informazioni demografiche tra cui età, sesso e causa di morte erano disponibili per tutti i donatori. Gli individui selezionati non hanno documentato condizioni che influiscono sulle oss....

Results

Il metodo descritto di campionamento di base si è rivelato altamente efficace ed efficiente. I campioni di coring che utilizzano questo protocollo hanno permesso l'approvvigionamento di campioni di dimensioni costanti >300 per esperimenti sulla beamline CLS BMIT-BM², con un FOV di ~ 2 mm a 1,49 μm di dimensione voxel. Per convalidare la consistenza del diametro del nucleo, sono state effettuate tre misurazioni lungo la lunghezza (superiore, centrale, inferiore) di un sottoinsieme di nuclei femo.......

Discussion

Non esiste un protocollo completo e standardizzato per l'acquisto di campioni di nucleo osseo corticale uniforme e cilindrico per l'imaging SRμCT ad alta risoluzione con configurazioni FOV limitate. Il protocollo qui dettagliato riempie quel vuoto fornendo un tutorial completo su come procurarsi campioni di nucleo osseo corticale di dimensioni costanti per l'imaging SRμCT e la successiva visualizzazione accurata e l'estrazione di dati microarchitettotechi. Abbiamo dimostrato che il nostro protocollo fornisce un metodo pi.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Carburo da taglio a tuffo da 1-1/8" per compositi	Warrior	61812	28,6 mm tuffo
70% etanolo	Fisher Scientific BP8201500		3,8 litri
Pinze a punta smussata	Fisher Scientific	10-300
Provette da centrifuga	ThermoFisher	55398
Crystalbond 509-3 Epossidico	Ted Pella	821-3
CTAnalyser	Bruker microCT	v.1.15.4.0	Scarica e installa su https://www.bruker.com/products/microtomography/micro-ct-software/3dsuite.html
Dental Tool Kit	Amazon	787269885110
Lama per sega per wafering diamantata per materiale composito	Buehler	# 11-4247
Trapano a colonna	Jet Mill / Drill	350017	Modello: JMD-15, i trapani a colonna da banco sono sostituti adatti, ma in genere mancano di un tavolo macchina traducibile per il posizionamento dei campioni sotto lo stelo del trapano
Pinze a punta fine	Fisher Scientific	22-327379
Morsetti di fissaggio per tavolo macchina XY per fresa/trapano	MSC Industrial Supply	#04804571
microscopio in vetro	Ted Pella	26005	vetrini 75x50mm, spessore 1mm
Mandrino scorrevole in vetro	Buehler	# 112488	Abbastanza grande da contenere vetrini da 75x50 mm
Piastra riscaldante in grado di raggiungere 140 ° C	ThermoScientific	HP88850105
Incubatrice	NAPCO	Modello 4200
Isocut Fluid	Buehler	111193032	Lubrificante; 30mL
Punta diamantata da gioielliere	Otto Frei	#119.050	Punta per carotaggio a stelo cavo con diametro interno di 2 mm
NRecon	Bruker microCT	v.1.6.10.2	Scarica e installa presso https://www.bruker.com/products/microtomography.html
Sega oscillante	Harbor Freight	62866
Piatti in vetro adatti al forno	Pyrex	1117715	Contenitore per alimenti in vetro
Sega di precisione a bassa velocità (Isomet 1000)	Buehler	111280160
Lamette da barba	Amazon	25181
Barattoli in alluminio poco profondi	Amazon	B01MRWLD0R	~ 8 cm di diametro
Tazze per campioni	Amazon	616784425436 885334344729
Tergazyme detersivo	Alconox	1304-1	Scatola da 1,8 kg
Pulitore ad ultrasuoni	MTI Corporation	KJ201508006