Projekt

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Micro- and nanoanatomy of human brain tissues

Titel Englisch Micro- and nanoanatomy of human brain tissues
Gesuchsteller/in Müller Bert
Nummer 147172
Förderungsinstrument Interdisziplinäre Projekte
Forschungseinrichtung Zentrum für Lehre und Forschung Kantonsspital Basel Onkologie
Hochschule Universität Basel - BS
Hauptdisziplin Andere Gebiete der Physik
Beginn/Ende 01.09.2013 - 31.08.2017
Bewilligter Betrag 319'038.00
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Alle Disziplinen (5)

Disziplin
Andere Gebiete der Physik
Biomedical Engineering
Neurophysiologie und Hirnforschung
Materialwissenschaften
Biophysik

Keywords (8)

synchrotron radiation-based micro CT, micro-anatomy, grating interferometer, phase tomography, magnetic resonance imaging (MRI), spatially resolved X-ray scattering, X-ray tomography, stereotactic brain atlas

Lay Summary (Deutsch)

Lead
Das Ziel des Projektes ist die Untersuchung der Gewebearten des menschlichen Hirns bis hinunter auf die zelluläre und nanoskopische Ebene. Dabei soll die Lücke bezüglich der räumlichen Auflösung zwischen den gängigen klinischen Methoden wie CT und MRI und der Histologie mit Hilfe der röntgenbasierten Phasenkontrasttomographie geschlossen werden. Darüber hinaus sollen Häufigkeiten und Orientierungen von Nanostrukturen im Gewebe mit ortsaufgelöster Kleinwinkelstreuung erlangt werden.
Lay summary

Für Untersuchungen auf zellulärer Ebene an menschlichem Gewebe post mortem hat sich die röntgenbasierte Phasenkontrasttomographie in den letzten Jahren zu einer sehr wichtigen Methode entwickelt. Kürzlich veröffentlichte Studien haben gezeigt, dass sowohl die räumliche Auflösung als auch der Kontrast des Verfahrens ausreichen, einzelne Zellen innerhalb des umliegenden Weichgewebes und ohne den Einsatz von Kontrastmitteln zu visualisieren. Quasi-periodische Nanostrukturen innerhalb des menschlichen Gewebes können mit der ortsaufgelösten röntgenbasierten Kleinwinkelstreuung über makroskopische Distanzen lokalisiert werden.

Nach der Realisierung des gitterbasierten Phasenkontrastaufbaus im konventionell erhältlichen nanotom® m von GE Healthcare am Biomaterials Science Center der Universität Basel wird die Methode mit den Resultaten, die an Synchrotronstrahlungsquellen erzeugt wurden, verglichen. Nach der Validierung der Methode wird der Aufbau eine Vielzahl von Forschungsprojekten für die Untersuchungen von verschiedenen Gewebearten, insbesondere von Weichgeweben, auf zellulärer Ebene unterstützen. Für anatomische Untersuchungen von Nanostrukturen innerhalb des menschlichen Gehirns wird die Kleinwinkelstreuung die Nanoanatomie als Teilgebiet der Nanomedizin entscheidend prägen. Nanoanatomie wird als neues Fach der Anatomie die Makro- und Mikroanatomie ergänzen

Direktlink auf Lay Summary Letzte Aktualisierung: 19.09.2013

Lay Summary (Englisch)

Lead
The human body contains 10^14 cells, which are categorized into 200 to 400 cell types. Despite of its size and complexity one can reasonably assume that it is possible to describe its three-dimensional structure on the cellular level. To achieve this goal, we will perform grating-based hard X-ray phase tomography using synchrotron radiation facilities the available laboratory system phoenix nanotom® expanded with a grating interferometry system.
Lay summary
The human body contains 10^14 cells, which are categorized into 200 to 400 cell types. The human brain accounts for about 2% of the weight of an average person. This is a much larger percentage than in other primates. Despite of its size and complexity one can reasonably assume that it is possible to reveal the individual cells within the human brain and describe its three-dimensional structure on the cellular level. To achieve this goal, we will perform grating-based hard X-ray phase tomography using synchrotron radiation facilities. In addition we will expand the available laboratory system phoenix nanotom® m from GE Healthcare by a grating interferometer.
An average human cell contains 10^14 atoms, which are categorized in the 118 elements of the periodic table. Thanks to this clarity, one can reasonably expect that it is possible to reveal the nanostructure of selected pieces of brain tissues. To achieve this, we will perform spatially resolved X-ray scattering experiments at the cSAXS-beamline, Swiss Light Source at the Paul Scherrer Institut. The myelinated axons, for example, which stretch for over 10^8 m if aligned end-to-end, exhibit a quasi-periodical arrangement of the lamellar structure of the myelin sheaths repeating less than every 20 nm. This characteristic periodicity will be used to determine the abundance and the orientation of the myelin fiber bundles in projection images similar to histology and in three-dimensional space applying tomographic reconstruction techniques, which are to be further developed.
The interdisciplinary project aims to bridge the gap concerning spatial resolution between the tomography data from clinical modalities (CT and MRI) and histological approaches employed by anatomists and pathologists taking advantage of recent developments in physics: X-ray scattering and phase tomography.
Direktlink auf Lay Summary Letzte Aktualisierung: 19.09.2013

Verantw. Gesuchsteller/in und weitere Gesuchstellende

Mitarbeitende

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Abstract

The human body contains 10^14 cells, which are categorized into 200 to 400 cell types. The human brain accounts for about 2% of the weight of an average person. This is a much larger percentage than in other primates. Despite of its size and complexity one can reasonably assume that it is possible to reveal the individual cells within the human brain and describe its three-dimensional structure on the cellular level. To achieve this goal, we will perform grating-based hard X-ray phase tomography using synchrotron radiation facilities. In addition we will expand the available laboratory system phoenix nanotom® m from GE Healthcare by a grating interferometer. An average human cell contains 10^14 atoms, which are categorized in the 118 elements of the periodic table. Thanks to this clarity, one can reasonably expect that it is possible to reveal the nanostructure of selected pieces of brain tissues. To achieve this, we will perform spatially resolved X-ray scattering experiments at the cSAXS-beamline, Swiss Light Source at the Paul Scherrer Institut. The myelinated axons, for example, which stretch for over 10^8 m if aligned end-to-end, exhibit a quasi-periodical arrangement of the lamellar structure of the myelin sheaths repeating less than every 20 nm. This characteristic periodicity will be used to determine the abundance and the orientation of the myelin fiber bundles in projection images similar to histology and in three-dimensional space applying tomographic reconstruction techniques, which are to be further developed. The interdisciplinary project aims to bridge the gap concerning spatial resolution between the tomography data from clinical modalities (CT and MRI) and histological approaches employed by anatomists and pathologists taking advantage of recent developments in physics: X-ray scattering and phase tomography.