Dobljena oprema omogoča izvajanje vrhunskih raziskav na interdisciplinarnem področju medicine, tkivnega inženirstva, strojništva in ved o materialih, skladno s strategijo Slovenije in EU za dosego trajnostnega razvoja družbe.

Na Univerzi v Mariboru se v okviru RIUM projekta, katerega začetek sega v leto 2019, nadaljuje nadgradnja raziskovalne infrastrukture na raziskovalnih področjih, ki imajo prebojni potencial ter podpirajo razvoj znanj, pomembnih za napredek univerze ter imajo dolgoročni učinek na dobrobit družbe.

Tako tudi nedavno nazaj prispela oprema – 3D rentgenski nanomikroskop za napredno digitalno vizualizacijo vzorcev materialov, katerega sistemi zagotavljajo slikanje na nanometrskem nivoju in tako omogočajo preučevanje biomedicinskih vzorcev, značilnosti materialov na nano nivoju, ki jih do danes ni bilo možno preučevati (oziroma so bili preučevani nad omejitvijo prostorske ločljivosti μCT).

PREDSTAVITEV OPREME:

Računalniška tomografija (CT) je nedestruktivna tridimenzionalna (3D) slikovna tehnika, pri kateri s pomočjo računalnika obdelamo veliko število rentgenskih posnetkov, slikanih iz različnih zornih kotov. Ker je tradicionalna CT omejena s prostorsko ločljivostjo (cca. 240 μm) se za prikaz struktur, ki so manjše od 200 μm, kot »zlati standard« uporabljajo histološke/patohistološke tehnike. Slabost teh je, da z njimi ni možno natančno prikazati 3D struktur, sočasno pa so lahko »destruktivne« za preučevano tkivo oziroma vzorec.

Relativno nova mikro računalniška tomografija (μCT) je dobro uveljavljena komplementarna tehnika histološkim preiskavam kot nedestruktivna 3D slikovna tehnika z mikrometrsko ločljivostjo. Kljub temu pa μCT (in vivo kot tudi ex vivo) še vedno omejuje prostorska ločljivost. Ta omejitev postane vidna predvsem pri slikanju struktur manjših od zmogljivosti μCT naprav, kot so npr. terminalne žile, sestavni deli arteriosklerotičnih plakov in celične lakune v kalciniranem trdem vezivnem tkivu.

Nanotomografija, imenovana tudi nano računalniška tomografija (nanoCT), je rezultat nadaljnjega razvoja tehnologije μCT. NanoCT ima boljšo prostorsko ločljivost in boljši energijski izkoristek kot μCT. Slednje je doseženo z zmanjšano velikostjo gorišča in uporabo primernih detektorjev ter preiskovalnih protokolov (geometrijska povečava, kotno skeniranje, zmanjšanje šuma s ponavljajočim slikanjem).

UPORABA:

Nanotomograf omogoča napredek v kakovosti raziskovalnega dela in odpira možnosti interdisciplinarnega sodelovanja na področjih medicine, tkivnega inženirstva, regenerativne medicine, ved o materialih, strojništvu ipd.

Uporabljal se bo predvsem za karakterizacijo strukturnih in mehanskih lastnosti materialov (hidrogelov, kovin, zlitin, pen). Pomemben mejnik, h kateremu bo doprinesla nova oprema, je razvoj naprednih celičnih nosilcev iz naravnih in sintetičnih polimerov, ki se uporabljajo za izgradnjo fizioloških in patofizioloških tkivnih modelov in vitro. Sočasno bo omogočila analizo interakcij med materiali in med celicami in materiali v modelih. Uporabljala se bo tudi za raziskave, kjer so podatki o mehanskih lastnostih materialov v nano in mikro nivoju izjemno pomembni za njihov nadaljnji razvoj. Z opazovanjem spremembe mikro in nano lastnosti materialov in situ se bo raziskovalo, kako se spreminjajo in kakšna je soodvisnost med strukturnimi in mehanskimi lastnostmi materialov. Ugotavljanje teh podatkov je zelo pomembno za izgradnjo naprednih celičnih nosilcev, ki se uporabljajo v regenerativni medicini in tkivnem inženirstvu.

DOPRINOS K JAVNEMU ZDRAVJU:

Dolgoročni učinki se pričakujejo tudi na področju javnega zdravja, saj lahko vrhunska tehnologija s področja materialov kot je nanotomografija, pripomore k iskanju rešitev za številne pomembne medicinske in bioinženirske probleme, kot so:

• razvoj novih boljših in učinkovitih in vitro bolezenskih modelov na osnovi humanih celic,
• razvoj naprednih obližev za celjenje ran ali terapijo melanoma,
• karakterizacija materialov, ki si uporabljajo v medicini (3D tiskane žilne opornice, metamateriali, dentalne zlitine, keramike)…

Pomembno vlogo ima oprema tudi v reševanju pandemije COVID-19. Razvija se namreč model pljučnega epitelija za potrebe raziskovanja potencialnih novih načinov zdravljenja citokinske nevihte, ki je eden izmed pomembnih dejavnikov, ki pri bolnikih vplivajo na težji potek bolezni.

NAČELO ODPRTEGA DOSTOPA IN SOUPORABA OPREME:

Na znanstvenem nivoju se bodo z dobavljeno opremo poglobila in ustvarila nova dognanja glede povezav med lastnostmi materialov na mikro in nano nivoju z lastnostmi na makro nivoju tkiva/vzorca, sočasno se pa bo poglobilo razumevanje o vplivu zgradbe materialov na njihove fizikalno-kemijske lastnosti. Naprava primarno predstavlja dodano vrednost za domače raziskovalce. Po načelu odprtega dostopa pa bo omogočeno tudi raziskovalcem iz gospodarstva, da del aplikativnih raziskav izvedejo v univerzitetnem laboratoriju.

Projekt sofinancirata Republika Slovenija, Ministrstvo za izobraževanje, znanost in šport in Evropska unija iz Evropskega sklada za regionalni razvoj.