Dabar galime itin nuodugniai patyrinėti, kaip naujojo koronaviruso sukeliama infekcija paveikia plaučius, praneša iflscience.com. Naudodami naują revoliucinę technologiją, pavadintą hierarchine fazių kontrasto tomografija, tyrėjai nuskenavo keletą žmogaus organų, įskaitant nuo COVID-19 mirusio donoro plaučius.
Gautas rezultatas yra daug detalesnis, nei ligoninėje daromos kompiuterinės tomografijos nuotraukos, ir parodo tikrąją koronaviruso žalą molekuliniu lygmeniu.
„Netrukus po pandemijos pradžios įrodėme, kad COVID-19 yra sisteminė kraujagyslių liga, pasitelkę histopatologinius (optiniai audinių tyrimai) ir molekulinius metodus, – paaiškino klinikoje dirbantis Maximilianas Ackermanas. – Tačiau minėtųjų metodų neužteko siekiant tinkamai įvertinti koronaviruso sukeliamus pokyčius ir krešulių susidarymą plaučių kraujagyslėse.“
Norėdami padaryti išsamesnių nuotraukų, tyrėjai pradėjo žvalgytis kitų technologijų. Hierarchinė fazių kontrasto tomografija yra paremta dalelių greitintuvu, todėl ligoninėse jos nerasite. Laimei, pagalbos ranką ištiesė Prancūzijoje, Grenoblyje, įsikūręs Europos sinchotroninės spinduliuotės tyrimų centras (ESRF).
Jų turimas sinchotronas buvo neseniai patobulintas įmontavus „itin ryškų šaltinį“ ir dabar skleidžia stipriausius rentgeno spindulius pasaulyje – net 100 mlrd. kartų ryškesnius už įprastą rentgeno aparatą.
„Sumanymas sukurti hierarchinę fazių kontrasto tomografiją kilo prasidėjus COVID-19 pandemijai. Tiesiog sujungėme keletą tyrimų metodų, kuriuos naudojome didelėms fosilijoms skenuoti, – sakė ESRF vyriausiasis mokslininkas Paulas Tafforeau. – Patobulintas sinchotronas tapo dar jautresnis ir leidžia trimačio vaizdo formatu pažvelgti į smulkiausias žmogaus organų kraujagysles, jas atskirti nuo supančių audinių ir netgi įžiūrėti konkrečias ląsteles.“
COVID-19 sirgusio paciento plaučių hierarchinės fazių kontrasto tomografijos trimačio vaizdo nuotraukoje matyti užsikimšę ir išsikraipę kvėpavimo takai (mėlyni) bei kraujagyslės (raudonos).
„Tai tikras proveržis, nes žmonių organai pasižymi mažu kontrastu, todėl naudojant turimas technologijas labai sunku padaryti detalią nuotrauką, – džiaugėsi P. Tafforeau. – Sinchotronas leido nuo fosilijų paslapčių tyrinėjimų pereiti prie unikalios žmogaus kūno analizės.“
Mokslininkai taip pat nuskenavo smegenis, širdį, du inkstus ir blužnį. Visų šių organų nuotraukos bus paskelbtos naujoje svetainėje „Human Organ Atlas“. Organizacijos „Chan Zuckerberg Initiative“ remiamo projekto įgyvendintojai taip pat ketina pasidalyti kontrolinių ir COVID-19 pažeistų plaučių biopsijų duomenimis, kurie bus prieinami tiek specialistams, tiek visuomenei.
„Human Organ Atlas užpildys mūsų žinių apie žmogaus anatomiją spragas. Turiu omenyje organų nuotraukas centimetrų, net mikronų masteliu“, – nurodė projekto vadovas Peteris Lee. Jis pridūrė, kad medicinoje naudojamos technologijos, tokios kaip kompiuterinė tomografija ir magnetinis rezonansas, leidžia gauti nuotraukas milimetro masteliu. Jeigu reikia dar smulkesnių vaizdų, teks naudoti elektronų mikroskopą ar jo tradicinį ekvivalentą. Abu prietaisai geba „susidoroti su submikroniniu masteliu“, paaiškino P. Lee, „bet tik tiriant nedideles organų audinių biopsijas“.
„Hierarchinė fazių kontrasto tomografija įgalina įveikti šiuos apribojimus ir gauti ypač detalų visų organų vaizdą trimačiu formatu, suteikiantį naujų įžvalgų apie mūsų biologinę sandarą“, – tęsė jis. Hierarchinė fazių kontrasto tomografija leidžia mokslininkams pamatyti organų struktūrą molekuliniu lygmeniu ir išvengti keleto skirtingų metodų naudojimo.
Tiesa, organų atlasas nėra vienintelis studijos rezultatas. Tyrėjai mano, kad naujasis metodas gali padėti sužinoti svarbios informacijos apie tokias ligas kaip vėžys ir Alzheimerio liga. Galiausiai jie viliasi pasitelkti mašininį mokymąsi bei dirbtinį intelektą ir sujungti hierarchinės fazių kontrasto tomografijos metodą su ligoninėse naudojama kompiuterine tomografija ir magnetiniu rezonansu, kad padidintų šių technologijų spartą ir rezultatų tikslumą.
„Galimybė matyti organus tokiu masteliu taps tikra revoliucija medicinoje, – įsitikinusi mechanikos inžinierė Claire Walsh. – Sujungę hierarchinę fazių kontrasto tomografiją su tradicine kompiuterine tomografija padedant dirbtiniam intelektui, pirmą kartą istorijoje galėsime preciziškai patikslinti neaiškius radinius.“
„Šis metodas puikiai pasitarnaus ir norint geriau suprasti žmogaus anatomiją, – pridūrė ji. – Mažyčių organų struktūrų trimačiai vaizdai autentiškame erdviniame kontekste padės įminti mūsų kūno sandaros ir funkcionavimo paslaptis.“
Šaltiniai:
https://www.nature.com/articles/s41592-021-01317-x
https://www.eurekalert.org/news-releases/933801
