Bachelor's Thesis

X-ray computed tomography of cartilage tissue of embryos

Final Thesis 9.75 MB

Author of thesis: Ing. Markéta Kaiser, Ph.D.

Acad. year: 2015/2016

Supervisor: doc. Ing. Tomáš Zikmund, Ph.D.

Reviewer: Mgr. Jan Křivánek, Ph.D.

Abstract:

Research of the cartilage is standardly realized by optical microscopy on histological slices.
However, for better understanding of shape-organizing processes, imaging in 3D is required.
This thesis deals with X-ray computed tomography of mouse embryos. Specifically, it focuses
on visualization of craniofacial cartilage. The thesis summarizes the basic principles
of X-ray computed tomography. Short research study dealing with staining of soft tissues
for X-ray is also provided. The procedure of implementation of the tomographic measurement
of mouse embryos stained by PTA is described. This procedure includes the staining
protocol, fixing the sample and setting of the CT machine. Subsequent segmentation and
creating of a 3D model of cartilage is also desribed. Results for every step of this procedure
are demonstrated at the mouse embryos of developmental stage from 12.5 to 17.5
days. In order to improve data quality and standardization of the whole process, parameters
of X-ray tube and temperature conditions during the tomographic measurement are
explored. Finally, resulting models of craniofacial cartilage are shown with the possibility
of subsequent analysis.

Keywords:

X-ray computed tomography; staining of soft tissues; embryos

Date of defence

22.06.2016

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Applied Sciences in Engineering (B3901-3)

Field of study

Physical Engineering and Nanotechnology (B-FIN)

Composition of Committee

prof. RNDr. Tomáš Šikola, CSc. (předseda)
prof. RNDr. Miroslav Liška, DrSc. (místopředseda)
prof. RNDr. Bohumila Lencová, CSc. (člen)
prof. RNDr. Petr Dub, CSc. (člen)
prof. RNDr. Radim Chmelík, Ph.D. (člen)
prof. RNDr. Jiří Spousta, Ph.D. (člen)
prof. Ing. Ivan Křupka, Ph.D. (člen)
prof. RNDr. Pavel Zemánek, Ph.D. (člen)
RNDr. Antonín Fejfar, CSc. (člen)
doc. Ing. Radek Kalousek, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
doc. Ing. Tomáš Zikmund, Ph.D.

Náplní bakalářské práce bylo stanovení protokolu pro tomografické měření ex vivo myších embryí s cílem vizualizace chrupavčité tkáně v oblasti hlavy. Z pohledu vývojové biologie se počítačová tomografie začíná prosazovat jako stěžejní 3D zobrazovací technika orgánů malých živočichů a proto lze toto téma považovat za velmi aktuální.
     Studentka v práci popisuje přípravu vzorku, tomografické měření, segmentaci chrupavčité tkáně a vizualizaci dat. Postup měření je vázán na mikroCT systém od výrobce GE, na kterém studentka samostatně realizovala tomografické měření vzorků v rámci laboratoře rentgenové počítačové tomografie ve výzkumném centru CEITEC VUT. Pro zpracování dat a vytvoření 3D modelu studované tkáně využívá dvou profesionálních softwarů pro CT data. Modely vybraných vzorků byly navíc ve vhodném měřítku vyrobeny metodou 3D tisku. Kompletní postup je publikován v impaktovaném časopisu, což jen potvrzuje nadstandartní přístup studentky ke studiu a práci v laboratoři. Pro účel zlepšení kvality tomografických dat těchto vzorků bakalářská práce navíc diskutuje vliv upnutí vzorku v agaroza gelu, teplotní stabilitu vzorku během měření a sleduje vlastnosti použité rentgenové trubice.
      Tímto považuji cíle bakalářské práce za splněné. Formální úroveň práce vnímám jako velmi dobrou. Doporučuji bakalářskou práci k obhajobě a hodnotím ji výsledným klasifikačním stupněm A/ výborně.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod A
Vlastní přínos a originalita A
Schopnost interpretovat dosažené vysledky a vyvozovat z nich závěry B
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti B
Grafická, stylistická úprava a pravopis A
Práce s literaturou včetně citací A
Samostatnost studenta při zpracování tématu A

Grade proposed by supervisor: A

Reviewer’s report
Mgr. Jan Křivánek, Ph.D.

Autorka Markéta Tesařová předkládá velmi kvalitní a v mnoha ohledech prakticky přínosnou bakalářskou práci vysvětlující a zdokonalující práci s metodou počítačové tomografie na biologických vzorcích.
Vlastní text práce doplněný o řadu schematických a přehledných obrázků zaujímá celkem 38 stran rozdělených do základních kapitol a podkapitol. V členění některých kapitol však dochází ke splynutí obsahu náležícího spíše k teoretickému úvodu a vlastních výsledků, bylo by vhodné kapitoly více specifikovat, případně text rozdělit na část teoretickou a praktickou (výsledky). Taktéž ihned v abstraktu se vyskytuje několik zkratek a pojmů, které by měly být vysvětleny, aby byl text i nezainteresovanému čtenáři srozumitelný (PTA; co znamená vývojové stádium myšího embrya 12,5, …). V práci se bohužel objevuje řada gramatických chyb ve skloňování, interpunkci, a taktéž několik anglikanismů jako například „kontrastovací agent“, kterým by se dalo vyhnout. Jako velmi zdařilou hodnotím naopak přiložený přehledný manuál pro zpracování dat a návod na zdokonalené postupování při manipulaci se vzorky před samotným měřením.
I přes drobné nedostatky v textu hodnotím práci jako vysoce nadstandardní. Autorka prokázala své zaujetí a aktivní přístup k práci tím, že se již v této fázi studia stala první autorkou na článku publikovaném v odborném časopise s impakt faktorem (!) a stala se rovněž spoluautorkou a členem mezinárodního výzkumného týmu. Práci proto jednoznačně doporučuji k obhajobě a autorce přeji hodně síly do dalšího výzkumu!
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod A
Vlastní přínos a originalita A
Schopnost interpretovat dosaž. vysledky a vyvozovat z nich závěry A
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti B
Grafická, stylistická úprava a pravopis B
Práce s literaturou včetně citací A
Topics for thesis defence:
  1. 1) Nejen v metodě CT, ale i v elektronové mikroskopii se jako látky zvyšující kontrast používají některé těžké kovy. Dokážete vysvětlit, jaké jsou obecně rozdíly/podobnosti v kontrastování pro účely CT a elektronové mikroskopie?
  2. 2) V elektronové mikroskopii se využívá imunologického značení protilátkami s navázanými zlatými částicemi. Bylo by možné pomocí metody CT využít taktéž tohoto postupu?
  3. 3) V textu zmiňujete látku gallocyanin-chromalum a jeho vlastnost, že pomocí něho dokážeme zobrazit buněčnou hustotu a jednotlivé buňky. Na jaké struktury se váže?
  4. 4) Je pomocí metod CT možno zobrazit jednotlivé buňky, případně jaké by musely být podmínky?

Grade proposed by reviewer: A

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová