Nauja technologija parodė, kaip COVID-19 iš tiesų pažeidžia plaučius: HiP-CT technologija atveria naujas galimybes (Video)

Dabar galime itin detaliai pamatyti, kaip tiksliai ši liga paveikia mūsų plaučius. Naudodami naują revoliucinę technologiją, vadinamą hierarchine fazių kontrasto tomografija (HiP-CT), mokslininkai nuskenavo žmogaus organus – ir vienu pavyzdžiu tapo organų donoro, mirusio nuo COVID-19, plaučiai. Gautas vaizdas yra tikslesnis nei tradicinės kompiuterinės tomografijos tyrimas, ir atskleidžia tikrąją viruso padarytą žalą ląsteliniu lygmeniu.

„Prasidėjus pandemijai, naudodami histopatologinius (optinio audinių vaizdavimo) ir molekulinius metodus, įrodėme, kad COVID-19 yra sisteminė kraujagyslių liga“, – aiškina Maximilianas Ackermannas, šį metodą naudojantis praktikoje. – Tačiau šie metodai tinkamai neatspindėjo pokyčių ir krešėjimo masto smulkiosiose kraujagyslėse, visuose plaučiuose“. Kad sukurtų vaizdus, tyrėjams teko dirbti ne tradicinėje ligoninės, o naujoje aplinkoje.

Kad būtų pasitelktas HiP-CT metodas, reikėjo panaudoti dalelių greitintuvą. Šio iššūkio ėmėsi Europos sinchrotrono mokslinių tyrimų centras (ESRF) Grenoblyje, Prancūzijoje. Neseniai atnaujinus Didelės energijos sinchrotroninės šviesos šaltinį (angl. Extremely Brilliant Source, EBR), sinchrotronas skleidžia ryškiausius rentgeno spindulius pasaulyje – 100 mlrd. kartų ryškesnius nei įprastai ligoninėje.

„Idėja sukurti šį naują HiP-CT metodą kilo prasidėjus pandemijai. Tuomet buvo sujungti keli metodai, kurie ESRF buvo naudojami didelėms fosilijoms atvaizduoti“, – pasakoja ESRF vyriausiasis mokslininkas Paulas Tafforeau. – Pasitelkdami Didelės energijos sinchrotroninės šviesos šaltinį, galime 3D formatu matyti neįtikėtinai mažas kraujagysles kuriame nors žmogaus organe. Tokiu būdu galime atskirti kraujagyslę nuo aplinkinių audinių ir net stebėti kai kurias konkrečias ląsteles“.

„Tai tikras proveržis, nes žmogaus organai yra mažai kontrastingi, todėl juos labai sunku išsamiai atvaizduoti įprastai naudojamais metodais, – teigia mokslininkas. – ESRF-EBS padėjo mums pereiti nuo fosilijų paslapčių šifravimo prie tokio žmogaus kūno matymo, kokio iki šiol nebuvo“.

Kartu su COVID-19 pažeistais plaučiais tyrėjai nuskenavo ir smegenis, plaučius, širdį, du inkstus ir blužnį – visi šie duomenys bus pateikti naujame šaltinyje internete, vadinamame „Žmogaus organų atlasu“ (angl. Human Organ Atlas). Chano Zuckerbergo iniciatyvos remiamame atlase taip pat bus pateikiamos kontrolinės grupės plaučio ir COVID-19 pažeisto plaučio biopsijos – jomis galės naudotis ir medikai, ir visuomenė.

„Atlasas apims iki šiol menkai ištirtą žmogaus anatomijos supratimo mastelį, t. y. nuo centimetro iki mikrono dydžio ištisinius organus“, – sako projekto vadovas Peteris Lee. Jis aiškina, kad kol kas klinikiniai metodai – tokie kaip kompiuterinė tomografija ir magnetinio rezonanso tomografija – gali siekti vos mažesnį nei milimetro tikslumą, o jei prireikia daugiau detalių, tenka naudoti elektroninį mikroskopą arba jo tradicinį atitikmenį. P.Lee teigimu, abiem atvejais galima „nustatyti struktūras submikroniniu tikslumu, tačiau tik mažose organo audinio biopsijose“.

„HiP-CT sujungia šiuos mastelius 3D formatu, pilnai atvaizduodamas organus ir taip suteikdamas naujų įžvalgų apie mūsų biologinę sandarą“, – sako P.Lee.

Tačiau „Žmogaus organų atlasas“ nėra vienintelis projekto nuopelnas: tyrėjai mano, kad šis vaizdavimo mastelių sujungimas gali suteikti naujų įžvalgų apie tokias ligas kaip vėžį ir Alzheimerio ligą. Jie tikisi, kad ilgainiui galės panaudoti save apmokančias sistemas ir dirbtinį intelektą – tai leistų HiP-CT skenavimą sujungti su klinikiniais kompiuterinės tomografijos ir magnetinio rezonanso tomografijos tyrimais, kad būtų galima greičiau ir tiksliau nustatytos diagnozės, gautos iš šių tradicinių skenavimų.

„Galimybė matyti organus tokiais masteliais iš tiesų bus revoliucinė medicinos srityje“, – sako mechanikos inžinierė Claire Walsh. – Kai pradėsime sieti HiP-CT vaizdus su klinikiniais vaizdais naudodami dirbtinio intelekto metodus, pirmą kartą galėsime labai tiksliai patvirtinti dviprasmiškus klinikinių vaizdų duomenis“.

„Šis būdas taip pat padės geriau suprasti žmogaus anatomiją, – priduria ji. – Galimybė 3D formatu matyti mažytes organų struktūras teisingame erdviniame kontekste yra labai svarbi norint suprasti, kaip mūsų kūnai yra sudaryti ir kaip jie funkcionuoja“.

Parengta pagal „IFL Science“.