La radiografía más brillante jamás vista muestra los vasos pulmonares alterados por el COVID-19
Crédito: Pixabay/CC0 Dominio público
El daño causado por el COVID-19 a los vasos sanguíneos más pequeños de los pulmones se capturó intrincadamente usando rayos X de alta energía rayos emitidos por un tipo especial de acelerador de partículas.
Científicos de la UCL y del Centro Europeo de Investigación de Sincrotrón (ESRF) utilizaron una nueva y revolucionaria tecnología de imágenes llamada tomografía de contraste de fase jerárquica (HiP-CT) para escanear órganos humanos donados, incluidos los pulmones de un donante con COVID-19.
HiP-CT permite el mapeo 3D en una variedad de escalas, lo que permite a los médicos ver el órgano completo como nunca antes al obtener imágenes de él como un todo y luego reducir el zoom al nivel celular.
La técnica utiliza rayos X suministrados por el Sincrotrón Europeo (un acelerador de partículas) en Grenoble, Francia, que luego de su reciente actualización de Fuente extremadamente brillante (ESRF-EBS), ahora proporciona la fuente de rayos X más brillante del mundo con 100 mil millones de veces más brillante que una radiografía de hospital.
Debido a este intenso brillo, los investigadores pueden ver vasos sanguíneos de cinco micras de diámetro (una décima parte del diámetro de un cabello) en un pulmón humano intacto. Una tomografía computarizada clínica solo resuelve vasos sanguíneos que son aproximadamente 100 veces más grandes, alrededor de 1 mm de diámetro.
Dr. Claire Walsh (Ingeniería Mecánica de UCL) dijo que «la capacidad de ver órganos en escalas como esta será realmente revolucionaria para las imágenes médicas. A medida que comencemos a vincular nuestras imágenes HiP-CT con imágenes clínicas a través de técnicas de IA, por primera vez podremos para validar con gran precisión hallazgos ambiguos en imágenes clínicas. Para comprender la anatomía humana, esta también es una técnica muy emocionante, poder ver estructuras de órganos diminutos en 3D en su contexto espacial correcto es clave para comprender cómo están estructurados nuestros cuerpos y, por lo tanto, cómo funcionan. .»
Usando HiP-CT, el equipo de investigación, que incluye médicos en Alemania y Francia, ha observado cómo la infección grave por COVID-19 ‘desvía’ la sangre entre los dos sistemas separados: los capilares que oxigenan la sangre y los que alimentan el propio tejido pulmonar. Este entrecruzamiento impide que la sangre del paciente se oxigene adecuadamente, lo que anteriormente se suponía pero no se probó.
Maximilian Ackermann MD (University Medical Center Mainz), usuario clínico de la técnica, dijo: «Poco después de la Desde el comienzo de la pandemia mundial, demostramos que COVID-19 es una enfermedad vascular sistémica utilizando métodos histopatológicos (imágenes ópticas de tejido) y moleculares. Sin embargo, estas técnicas no abordaron adecuadamente el alcance de los cambios y la coagulación en los vasos sanguíneos finos de pulmones completos. .»
Danny Jonigk, Profesor de Patología Torácica (Escuela de Medicina de Hannover, Alemania) dijo: «Al combinar nuestros métodos moleculares con las imágenes multiescala HiP-CT en pulmones afectados por la neumonía por COVID-19, obtuvimos una nueva comprensión de cómo se produce la derivación entre los vasos sanguíneos en los dos sistemas vasculares de un pulmón en los pulmones lesionados por COVID-19, y el impacto que tiene en los niveles de oxígeno en nuestro sistema circulatorio».
Dr. Paul Tafforeau, científico principal de ESRF, dijo: «La idea de desarrollar esta nueva técnica HiP-CT surgió después del comienzo de la pandemia mundial, combinando varias técnicas que se usaron en ESRF para obtener imágenes de fósiles grandes y usando la mayor sensibilidad de la nueva Fuente Extremadamente Brillante del ESRF, ESRF-EBS, que nos permite ver en 3D los vasos increíblemente pequeños dentro de un órgano humano completo, permitiéndonos distinguir en 3D un vaso sanguíneo del tejido circundante, e incluso observar algunos células específicas.
«Este es un verdadero avance, ya que los órganos humanos tienen un bajo contraste y, por lo tanto, son muy difíciles de visualizar en detalle con las técnicas disponibles actualmente. ESRF-EBS nos ha permitido pasar de descifrar los secretos de los fósiles a ver el cuerpo humano como nunca antes».
Uso de HiP-CT para crear el Atlas de órganos humanos
Con apoyo de la Iniciativa Chan Zuckerberg (CZI), el equipo dirigido por la UCL está utilizando HiP-CT para producir un Atlas de órganos humanos, que se lanzará hoy. En él se mostrarán seis órganos de control donados: cerebro, pulmón, corazón, dos riñones y un bazo, y el pulmón de un paciente que murió de COVID-19. También habrá una biopsia de pulmón de control y una biopsia de pulmón de COVID-19. El Atlas estará disponible en línea para cirujanos, médicos y público interesado.
El líder del proyecto, el profesor Peter Lee (Ingeniería Mecánica de UCL) dijo: «El Atlas abarca una escala previamente poco explorada en nuestra comprensión de la anatomía humana, que es la escala de centímetros a micras en órganos intactos. Las tomografías computarizadas y las resonancias magnéticas clínicas pueden resolverse hasta justo por debajo de un milímetro, mientras que la histología (estudio de células/cortes de biopsia bajo un microscopio), la microscopía electrónica (que utiliza un haz de electrones para generar imágenes) y otras técnicas similares resuelven estructuras con precisión submicrónica. , pero solo en pequeñas biopsias de tejido de un órgano. HiP-CT une estas escalas en 3D, creando imágenes de órganos completos para proporcionar nuevos conocimientos sobre nuestra estructura biológica».
Información para otras enfermedades y afecciones
Los investigadores confían en que la escala… unir las imágenes desde el órgano completo hasta el nivel celular podría proporcionar información adicional sobre muchas enfermedades, como el cáncer o la enfermedad de Alzheimer.
El médico Willi Wagner, radiólogo del Hospital Universitario de Heidelberg, dijo que «HiP-CT está llenando una gran cantidad de Brecha de imágenes en la medicina humana: las imágenes clínicas proporcionan datos en 3D del cuerpo y los órganos, pero se limitan a una escala bruta; la histopatología, por otro lado, proporciona imágenes detalladas de tejidos y células derivadas de pequeñas piezas de órganos. Generalmente se limita a un campo pequeño y dos dimensiones. HiP-CT está uniendo la escala de órgano a tejido, vinculando estrechamente las disciplinas clínicas de radiología y patología y proporcionando datos estructurales nunca antes vistos de la arquitectura de tejido 3D y los patrones de enfermedad».
Los autores esperan que Human Organ Atlas eventualmente contendrá una biblioteca de enfermedades que afectan a los órganos en una variedad de escalas, desde 1 a 100 micrones hasta órganos completos, ayudando a los médicos a diagnosticar y tratar una amplia gama de enfermedades.
El equipo también espera utilizar el aprendizaje automático y la inteligencia artificial para calibrar las tomografías computarizadas y las resonancias magnéticas clínicas, mejorando la comprensión de las imágenes clínicas y permitiendo un diagnóstico más rápido y preciso.
La investigación se publicó en Nature Methods.
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Nuevo método permite la microscopía 3D de órganos humanos Más información: CL Walsh et al, Imágenes de órganos humanos intactos con resolución local de estructuras celulares mediante tomografía de contraste de fase jerárquica, Nature Methods (2021). DOI : 10 .1038/s41592-021-01317-x Información de la revista: Nature Methods
Proporcionado por University College London Cita: La radiografía más brillante jamás vista muestra vasos pulmonares alterados por COVID-19 (4 de noviembre de 2021) recuperado el 29 de agosto de 2022 de https://medicalxpress.com/news/2021-11-brightest-x-ray-lung-vessels-covid-.html Este documento está sujeto a derechos de autor. Aparte de cualquier trato justo con fines de estudio o investigación privados, ninguna parte puede reproducirse sin el permiso por escrito. El contenido se proporciona únicamente con fines informativos.