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Tomografia computadorizada de raios X e seu potencial em pesquisa ecológica: revisão de estudos e otimização do preparo de espécimes



Técnicas de imagem são uma pedra angular da biologia contemporânea. Nas últimas décadas, os avanços nas técnicas de imageamento em microescala permitiram novos insights fascinantes sobre a morfologia celular e tecidual e a anatomia interna dos organismos entre os reinos. No entanto, a maioria dos estudos até o momento forneceu instantâneos de determinados taxa de referência, descrevendo órgãos e tecidos sob condições “idealizadas”. Surpreendentemente, há uma quase completa falta de estudos investigando como a morfologia interna de um organismo muda em resposta a fatores ambientais. Consequentemente, a ecologia como disciplina científica até agora quase negligenciou as possibilidades decorrentes das modernas técnicas de imageamento em microescala. Aqui, nós fornecemos uma visão geral dos desenvolvimentos recentes da tomografia computadorizada de raios X como um método acessível e simples de alta resolução espacial,in vivo e ex vivo . Nós revisamos estudos ecológicos usando essa técnica para investigar a estrutura interna tridimensional dos organismos. Além disso, fornecemos comparações práticas entre diferentes técnicas de preparação para o máximo contraste e diferenciação tecidual. Em particular, consideramos a nova modalidade de contraste de fase pela auto-interferência da onda de raios X por trás de um objeto (isto é, contraste de fase pela propagação do espaço livre). Usando o grilo Acheta domesticus (L.) como organismo modelo, descobrimos que a combinação de FAEA coloração com fixador e iodo proporcionou os melhores resultados em diferentes tecidos. A técnica de secagem também afetou o contraste e evitou artefatos em casos específicos. No geral, descobrimos que, para os interesses dos estudos ecológicos, a tomografia computadorizada de raios X é útil quando o tecido ou estrutura de interesse tem contraste suficiente que permite uma segmentação automática ou semiautomática. Em particular, mostramos que os esquemas de reconstrução que exploram o contraste de fase podem produzir uma qualidade de imagem aprimorada. Combinada com a preparação adequada de amostras e análise automatizada, a TC de raios X pode, portanto, tornar-se uma técnica de imagem 3D quantitativa promissora para estudar as respostas dos organismos aos fatores ambientais, tanto na ecologia quanto na evolução.

Fonte: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6106166/

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Texto Original



Imaging techniques are a cornerstone of contemporary biology. Over the last decades, advances in microscale imaging techniques have allowed fascinating new insights into cell and tissue morphology and internal anatomy of organisms across kingdoms. However, most studies so far provided snapshots of given reference taxa, describing organs and tissues under “idealized” conditions. Surprisingly, there is an almost complete lack of studies investigating how an organism?s internal morphology changes in response to environmental drivers. Consequently, ecology as a scientific discipline has so far almost neglected the possibilities arising from modern microscale imaging techniques. Here, we provide an overview of recent developments of X?ray computed tomography as an affordable, simple method of high spatial resolution, allowing insights into three?dimensional anatomy both in vivo and ex vivo. We review ecological studies using this technique to investigate the three?dimensional internal structure of organisms. In addition, we provide practical comparisons between different preparation techniques for maximum contrast and tissue differentiation. In particular, we consider the novel modality of phase contrast by self?interference of the X?ray wave behind an object (i.e., phase contrast by free space propagation). Using the cricket Acheta domesticus (L.) as model organism, we found that the combination of FAE fixative and iodine staining provided the best results across different tissues. The drying technique also affected contrast and prevented artifacts in specific cases. Overall, we found that for the interests of ecological studies, X?ray computed tomography is useful when the tissue or structure of interest has sufficient contrast that allows for an automatic or semiautomatic segmentation. In particular, we show that reconstruction schemes which exploit phase contrast can yield enhanced image quality. Combined with suitable specimen preparation and automated analysis, X?ray CT can therefore become a promising quantitative 3D imaging technique to study organisms? responses to environmental drivers, in both ecology and evolution.

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