Synchrotron-based Phase-Contrast High Resolution Tomography of Collagen Organization in Physiologic, Pathologic and Engineered Tissues

In this dissertation the results obtained during my PhD Course in the field of soft tissue imaging, in particular collagen tissue, using Synchrotron Radiation Phase Contrast High Resolution Tomography (PhC-µCT) will be presented. In the Introduction, useful elements will be provided to allow the reader to understand the state of the art of morphological and morphometric studies on collagen-based tissues, including an excursus of the implications known to date in physiological and pathological processes and in relation to what is still debated on its functions. This will be followed by a description of the imaging techniques most used in scientific research to investigate the structure of collagen-based tissues and, more recently, their involvement in numerous processes. Particular relevance will then be given to PhC-µCT, detailing the existing setups available at Synchrotron facilities and describing the procedure to obtain the final image. The central portion of this dissertation will describe some of the results obtained during the doctoral course in different physio-pathological contexts: in the physiological repair of tissues after abutment implantation; in the pathological triggering of fibrotic processes in an animal model of scleroderma, as well as, on human samples, the correlations between collagen tissues and tumor, in two circumstances: uterine leiomyomas and oral squamous cell carcinoma. At the conclusion of this dissertation, some interesting future developments will be evaluated and discussed for the continuation of research in these areas of study.

In questa tesi verranno presentati i risultati ottenuti durante il mio corso di Dottorato nel campo dell'imaging dei tessuti molli, in particolare del tessuto collagene, utilizzando la tomografia ad alta risoluzione con contrasto di fase a radiazione di sincrotrone (PhC-µCT). Nell'Introduzione verranno forniti elementi utili per consentire al lettore di comprendere lo stato dell'arte degli studi morfologici e morfometrici sui tessuti a base di collagene, compreso un excursus delle implicazioni ad oggi conosciute nei processi fisiologici e patologici e in relazione a quanto ancora dibattuto sulle sue funzioni. Seguirà una descrizione delle tecniche di imaging più utilizzate nella ricerca scientifica per indagare la struttura dei tessuti a base di collagene e, più recentemente, il loro coinvolgimento in numerosi processi. Un particolar rilievo verrà riservato alla tomografia a contrasto di fase e ad alta risoluzione con luce di sinctrotrone, spiegando nel dettaglio i setup che si possono trovare nelle strutture e descrivendo il procedimento necessario ad ottenere l'immagine finale. La parte centrale di questa tesi descriverà alcuni dei risultati ottenuti durante il corso di dottorato in diversi contesti fisio-patologici: nella riparazione fisiologica dei tessuti dopo l'impianto di monconi; nell'innesco patologico di processi fibrotici in un modello animale di sclerodermia, nonché, su campioni umani, le correlazioni tra tessuti collagene e tumori, in due circostanze: leiomiomi uterini e carcinoma orale a cellule squamose. A conclusione di questa tesi, verranno valutati e discussi alcuni interessanti sviluppi futuri per il proseguimento della ricerca in queste aree di studio.