Rovarbelső lencsevégen

Amikor Wilhelm Conrad Röntgen 1895-ben közzétette a világ első röntgenfelvételét felesége kézcsontjairól, a tudományos közösség igencsak elámult. Azonnal észlelték ugyanakkor a felfedezés rendkívüli jelentőségét: mivel a röntgenkészülék műtéti beavatkozás nélkül tette láthatóvá az emberi test rejtett részeit, a 2 dimenziós képet adó új eszköz egykettőre az orvosi diagnosztika nélkülözhetetlen kelléke lett. Ugyan kellő gyakorlattal képesek voltak eligazodni a térben egyébként jól elkülönülő testrészek egymásra vetülő árnyékképei között, egyre nagyobb igény mutatkozott a 3 dimenziós megjelenítésre is. Bár Johann Radon nem sokkal ezután le is fektette az erre lehetőséget adó komputertomográf (ismertebb nevén CT) működésének elvi alapjait, az első ilyen készülék alkalmazására csak az 1970-es években nyílt lehetőség. Az újítás lényege, hogy a CT-vizsgálatok során nem egy, hanem több irányból készítenek felvételeket a páciensről, az elkészült keresztmetszeti képek utólagos összeillesztésével pedig 3 dimenzióban is megjeleníthető a vizsgálni kívánt testrész. A fejlesztések természetesen azóta is tartanak, így a CT-felvételek felbontása egyre jobb, az elkészítésükhöz szükséges idő egyre kevesebb, a felhasználási területük pedig egyre változatosabb lett.

Ma már széles körben elterjedt módszernek számít a mikrotomográfia (azaz a mikro-CT vagy µCT) is, melynek az anatómiai vizsgálatoktól a borostyánba ragadt őslények tökéletes térbeli rekonstrukciójáig számtalan speciális alkalmazási területe van. Néhány kutató már élő kisemlősök és gerinctelen állatok testébe is bepillantást kívánt nyerni ezzel a 10-100 µm-es felbontású műszerrel, ezek a vizsgálatok azonban számtalan kihívást rejtettek magukban. Ezek az állatok ugyanis túlságosan izgő-mozgó lények ahhoz, hogy a belső szerveikről készülő 3 dimenziós képek értékelhetően élesek legyenek, és ne kerüljenek rájuk a mocorgásokból eredő zavaró műtermékek. Emlékezzünk csak: a röntgen-, CT- és MRI-vizsgálatok során nekünk is mozdulatlanul kell kivárnunk, míg a felvételek elkészülnek, hiszen azok csak így adhatnak valós és pontos képet egészségi állapotunkról.

Nem voltak igazán kifogástalanok a rovarbelső vizsgálatát célzó korábbi módszerek sem: bár a hagyományos fénymikroszkóp és a 3 dimenziós megjelenítést lehetővé tevő konfokális mikroszkóp segítségével már lehetett értékes adatokat gyűjteni a gerinctelenek belső anatómiájáról, ezek a mérések rendszerint az állatok pusztulását és boncolását igényelték. Ugyanazt az egyedet tehát nem lehetett két egymást követő fejlődési stádiumban megvizsgálni, így a szervezetben bekövetkező időbeli változások nyomon követésére sem volt lehetőség. Felmerült tehát az igény a biológusok körében egy olyan műszerre, ami úgy készít éles képeket és úgy teszi lehetővé a rovarbelső időbeli változásainak alapos tanulmányozását, hogy a procedúrát a vizsgált állatok is túléljék. A megoldás Joanna Konopka és a Robarts Research Institute mikro-CT-laboratóriumának biofizikusa, Danny Poinapen példamutató összefogása révén született meg, és a rovarokról megszerzett korábbi ismeretekre épít.

A kutatók új ötlete az volt, hogy a rovarok tanulmányozása közben mindvégig szén-dioxid gázt adagoltak a mikro-CT berendezésbe. Ezzel ugyanis el tudták érni, hogy az állatok az így kialakuló oxigénhiányos környezetben átmenetileg ne mocorogjanak, ugyanakkor maradandó kár se essen bennük. És bár míg az emberi pácienseket érő ionizáló sugárterhelés nagyságát a lehető legkisebbre kell csökkenteni, a rovarok erre kevéssé érzékenyek, így a vizsgálatok idején használt röntgensugárzás sem okozott problémát az ízeltlábúaknál. Az új eljárás további előnye, hogy ugyanannak az állatnak a többszöri vizsgálatát egyaránt lehetővé teszi, ily módon a belső szervekben és a légzőrendszerben zajló, ám eddig sosem látott apró időbeli változások is feltárulhatnak a kutatók előtt. Joanna Konopka tehát most valahogy úgy érez, mint Wilhelm Conrad Röntgen korának tudósai: „Az eredmény totálisan lenyűgözött. Bár jól ismerem a könyvekben megjelenő képeket és rajzokat, mindez teljesen új perspektívát nyit számunkra.”

Poinapen et al. (2017) Micro-CT imaging of live insects using carbon dioxide gas-induced hypoxia as anesthetic with minimal impact on certain subsequent life history traits. BMC Zoology 2 (1) DOI: 10.1186/s40850-017-0018-x Kép: Fig.2.

A cikk az Élet és Tudomány 2017/37. számban jelent meg.