Сега сме в състояние да видим в зашеметяващи детайли как точно влияе на белите ни дробове. Използвайки революционна нова технология, известна като йерархична фазово-контрастна томография (HiP-CT), изследователите са успели да сканират редица човешки органи – един от които е белият дроб на донор на органи, починал от COVID-19. Резултатът е изображение, по-прецизно от болнично CT сканиране, което разкрива истинските щети, причинени от вируса на клетъчно ниво.
„Малко след началото на глобалната пандемия демонстрирахме, че Covid-19 е системно съдово заболяване, използвайки хистопатологични (оптично изобразяване на тъкани) и молекулярни методи“, обясни Максимилиан Акерман, който използва техниката в клинични условия. "Въпреки това, тези техники не се отнасят адекватно до степента на промените и съсирването във фините кръвоносни съдове на цели бели дробове."
За да създадат изображенията, изследователите трябваше да погледнат извън традиционната болнична обстановка - техниката HiP-CT вместо това разчита на реален ускорител на частици. Европейският център за синхротронни изследвания (ESRF) в Гренобъл, Франция, се засили с предизвикателството: след неотдавнашно (и прекрасно име) надграждане на изключително брилянтен източник (ESRF-EBS), Synchrotron излъчва най-яркия източник на рентгенови лъчи в света – 100 милиарда пъти по-ярка от болнична рентгенова снимка.
„Идеята за разработване на тази нова HiP-CT техника дойде след началото на глобалната пандемия, чрез комбиниране на няколко техники, използвани в ESRF за изобразяване на големи вкаменелости“, каза Пол Тафоро, водещ учен в ESRF. „[Използването] на повишената чувствителност на новия изключително брилянтен източник в ESRF... ни позволява да видим в 3D невероятно малките съдове в рамките на цялостен човешки орган, което ни позволява да разграничим в 3D кръвоносен съд от заобикалящата тъкан и дори да наблюдавам някои специфични клетки."
„Това е истински пробив, тъй като човешките органи имат нисък контраст и затова са много трудни за изобразяване в детайли с наличните в момента техники“, добави Тафоро. „ESRF-EBS ни позволи да преминем от дешифрирането на тайните на вкаменелостите до виждането на човешкото тяло както никога досега.
Заедно с белия дроб, опустошен от COVID-19, изследователите сканираха мозък, бял дроб, сърце, два бъбрека и далак, като всички те ще бъдат показани онлайн в нов ресурс, наречен Атлас на човешките органи. Подкрепен от инициативата на Чан Зукърбърг, Атласът ще включва и биопсии на контролен бял дроб и бял дроб на COVID-19 и ще бъде достъпен за използване както от медицински специалисти, така и от обществеността.
„Атласът обхваща по-рано слабо проучена скала в нашето разбиране за човешката анатомия, която е мащаб от сантиметър до микрон в непокътнати органи“, каза ръководителят на проекта Питър Лий. Досега, обясни той, клиничните техники като CT и MRI са способни да се разделят до малко под милиметър - ако имате нужда от повече подробности от това, трябва или да използвате електронен микроскоп или негов традиционен еквивалент. И двете могат да „разрешат структури с точност под микрона“, обясни Лий, „но само при малки биопсии на тъкан от орган“.
„HiP-CT свързва тези скали в 3D, изобразявайки цели органи, за да предостави нови прозрения за нашия биологичен състав“, каза Лий.
Но Атласът на органите не е единственото предимство на проекта: изследователите вярват, че това свързване на мащаби в изображенията може да отвори много прозрения за заболявания като рак и болестта на Алцхаймер. В крайна сметка те се надяват да могат да използват машинно обучение и изкуствен интелект, за да комбинират HiP-CT сканирането с клинични CT и MRI изображения, което позволява по-бързи и по-точни диагнози от тези традиционни сканирания.
„Способността да се виждат органи в такива мащаби наистина ще бъде революционна за медицински изображения“, каза машинният инженер Клеър Уолш. „Тъй като започнем да свързваме нашите HiP-CT изображения с клинични изображения чрез техники за изкуствен интелект, ние – за първи път – ще можем да валидираме много точно двусмислени открития в клиничните изображения.
„За разбирането на човешката анатомия това също е много вълнуваща техника“, добави тя. „Да можем да видим малки структури на органи в 3D в техния правилен пространствен контекст е от ключово значение за разбирането как са структурирани телата ни и как следователно функционират."
