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Nano-tomografia ai raggi X, per immagini dettagliate di fragili strutture ossee

Scienziati che lavorano in Germania e Svizzera hanno sviluppato un nuovo metodo di nano-tomografia che usa i raggi X per permettere ai medici di produrre dettagliate immagini tridimensionali (3D) di strutture ossee fragili. Questo metodo potrebbe portare allo sviluppo di migliori approcci terapeutici per affrontare la fragilità ossea causata dall’osteoporosi, una delle malattie più comuni tra gli anziani. Il nuovo metodo è stato recentemente presentato sulla rivista Nature.

I ricercatori della Technische Universitaet Muenchen (TUM) in Germania, del Paul Scherrer Institute in Svizzera e dell’Istituto federale svizzero di tecnologia (ETH-Zurigo) hanno detto che attualmente l’osteoporosi è diagnosticata quasi esclusivamente scoprendo una generale riduzione nella densità ossea. Questo nuovo metodo fornirà molte più informazioni circa la struttura locale associata e i cambiamenti della densità ossea. Finora i dottori sono stati ostacolati dall’impossibilità di guardare in dettaglio i cambiamenti nella densità ossea.

Il professor Franz Pfeiffer della TUM ha detto che tutto questo sta per cambiare. “Con il nostro metodo di nano-CT [tomografia computerizzata] appena sviluppato è ora possibile visualizzare la struttura ossea e i cambiamenti di densità ad alta risoluzione e in 3D,” ha spiegato il professor Pfeiffer, che ha guidato la ricerca. Questo ci “permetterà di compiere ricerche sui cambiamenti strutturali connessi all’osteoporosi su scala nanoscopica e quindi sviluppare migliori approcci terapeutici”.

Il team del professor Pfeiffer ha usato la CT a raggi X per sviluppare il suo metodo. Gli scanner CT sono usati ogni giorno negli ospedali e nelle pratiche mediche per lo screening diagnostico del corpo umano; il corpo viene colpito dai raggi X mentre un rilevatore registra da varie angolazioni la quantità di radiazioni assorbita.

“In linea di principio non è nulla di più che raccogliere molteplici immagini a raggi X da varie direzioni,” hanno detto gli autori. “Un certo numero di queste immagini è quindi usato per generare immagini digitali 3D dell’interno del corpo utilizzando l’elaborazione digitale.”

Il nuovo metodo misura sia la totale intensità del fascio assorbita dall’oggetto sotto esame a ciascuna angolazione, sia le parti del fascio di raggi X che vengono deflesse in varie direzioni o che subiscono una “diffrazione”. Viene generato un modello di diffrazione per ogni punto nel campione e ciò fornisce ulteriori informazioni sulla precisa nanostruttura poiché, secondo i ricercatori, i raggi X sono particolarmente sensibili anche ai più piccoli cambiamenti strutturali.

“Poiché dobbiamo scattare ed elaborare così tante singole immagini con estrema precisione, era particolarmente importante durante la realizzazione del metodo usare raggi X ad alta brillantezza e rivelatori di pixel veloci e a bassa rumorosità,” ha detto Oliver Bunk, responsabile dell’organizzazione dell’esperimento presso l’impianto del sincrotrone PSI in Svizzera.

I modelli di diffrazione sono stati quindi elaborati utilizzando un algoritmo sviluppato dal team, ha affermato il ricercatore della TUM Martin Dierolf. “Abbiamo sviluppato un algoritmo di ricostruzione dell’immagine che genera un’immagine 3D ad alta risoluzione del campione usando oltre 100.000 modelli di diffrazione,” ha aggiunto. “Questo algoritmo tiene in considerazione non solo il classico assorbimento dei raggi X, ma anche lo sfasamento dei raggi X, che è significativamente più sensibile.”

Roger Wepf, direttore del centro di microscopia elettronica all’ETH di Zurigo (EMEZ), ha riconosciuto che mentre “la nuova procedura nano-CT non raggiunge la risoluzione spaziale attualmente disponibile nei microscopi elettronici”, “essa può, grazie all’elevata penetrazione dei raggi X, generare immagini tomografiche 3D di campioni ossei”.

Ha affermato, “La nuova procedura nano-CT si distingue anche per la sua capacità di misurare la densità ossea con elevata precisione, che è particolarmente importante nella ricerca riguardante le ossa.” I ricercatori fanno notare che il metodo aprirà le porte a studi più precisi sulla prima fase dell’osteoporosi e alla valutazione degli esiti terapeutici delle varie cure negli studi clinici.

Per maggiori informazioni, visitare:

Technische Universitaet Muenchen (TUM):
http://portal.mytum.de/welcome/

Paul Scherrer Institute:
http://www.psi.ch/

Istituto svizzero federale di tecnologia (ETH-Zurich):
http://www.ethz.ch/index

Nature:
http://www.nature.com/

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