Eskaneatzeko teknika berri batek xehetasun handiko irudiak sortzen ditu, giza anatomiaren azterketa iraul dezaketenak.
Paul Taforok COVID-19 argiaren biktimen lehen irudi esperimentalak ikusi zituenean, porrot egin zuela pentsatu zuen.Formazioz paleontologoa, Taforok hilabeteak eman zituen Europa osoko taldeekin lanean Frantziako Alpeetako partikula azeleragailuak mediku eskaneatzeko tresna iraultzaile bilakatzeko.
2020ko maiatzaren amaieran izan zen, eta zientzialariak gogotsu zeuden hobeto ulertzeko COVID-19k giza organoak nola suntsitzen dituen.Grenobleko (Frantzia) Europako Sinkrotroi Erradiazio Instalazioak (ESRF) ekoiztutako potentzia handiko X izpiak erabil ditzakeen metodo bat garatzeko enkargua jaso zuen Taforok.ESRFko zientzialari gisa, arroka fosilen eta momia lehorren bereizmen handiko erradiografiaren mugak gainditu ditu.Orain izututa zegoen paperezko eskuoihalen masa leun eta itsaskorrarekin.
Irudiek inoiz ikusitako edozein CT mediku baino xehetasun gehiago erakutsi zieten, zientzialariek eta medikuek giza organoak ikusteko eta ulertzeko moduko hutsune gogorrak gainditzeko aukera emanez."Anatomia-liburuetan, ikusten duzunean, eskala handia da, eskala txikia da, eta eskuz marraztutako irudi ederrak dira arrazoi bategatik: interpretazio artistikoak dira irudirik ez dugulako", University College London (UCL). ) esan zuen..Claire Walsh ikertzaile seniorrak esan zuen."Lehen aldiz egin dezakegu benetako gauza".
Taforo eta Walsh 30 ikertzaile baino gehiagoz osatutako nazioarteko talde baten parte dira, eta X izpien eskaneatzeko teknika berri indartsu bat sortu dute HiP-CT izeneko Hierarchical Phase Contrast Tomography (HiP-CT).Harekin, azkenik, giza organo oso batetik gorputzaren odol-hodi txikienen edo baita banakako zelulen ikuspegi handiago batera pasa daitezke.
Metodo hau COVID-19-k biriketako odol-hodiak nola kaltetu eta birmoldatzen dituen jakiteko ikuspegi berria ematen ari da.Bere epe luzerako aurreikuspenak zehaztea zaila den arren, HiP-CT bezalako ezer ez delako inoiz existitu, bere potentzialarekin hunkituta dauden ikertzaileek gaixotasunak ulertzeko eta giza anatomia mapa topografiko zehatzago batekin mapatzeko modu berriak planteatzen ari dira gogotsu.
Andrew Cooke UCL kardiologoak esan zuen: "Jende gehiena harritu daiteke ehunka urte daramatzagula bihotzaren anatomia aztertzen, baina ez dago adostasunik bihotzaren egitura normalari buruz, batez ere bihotzari buruz... Muskulu-zelulak eta nola aldatzen diren. bihotzak taupadatzen dituenean».
"Nire karrera osoa zain egon naiz", esan zuen.
HiP-CT teknika alemaniar bi patologo lehiatu zirenean hasi zen SARS-CoV-2 birusaren efektu zigortzaileak giza gorputzean jarraitzeko.
Danny Jonigk, Hannover-eko Medikuntza Eskolako patologo torazikoa eta Maximilian Ackermann, Mainz Unibertsitateko Medikuntza Zentroko patologoa, alerta bizian zeuden Txinan pneumonia kasu ezohiko berriak zabaltzen hasi zirenean.Biek biriketako baldintzak tratatzen esperientzia zuten eta berehala jakin zuten COVID-19 ezohikoa zela.Bikotea bereziki kezkatuta zegoen COVID-19 gaixoak esna mantentzen zituen "hipoxia isilaren" txostenek, baina odoleko oxigeno mailak behera egin zuten.
Ackermann eta Jonig-ek susmoa dute SARS-CoV-2-k nolabait biriketako odol-hodiei eraso egiten diela.2020ko martxoan gaixotasuna Alemaniara zabaldu zenean, bikoteak COVID-19 biktimei autopsiak egiten hasi zitzaizkien.Bere hipotesi baskularra probatu zuten ehun laginetan erretxina injektatu eta gero ehuna azidoan disolbatuz, jatorrizko baskulazioaren eredu zehatza utziz.
Teknika hau erabiliz, Ackermann-ek eta Jonigk-ek COVID-19-ren ondorioz hil ez ziren pertsonen ehunak alderatu zituzten.Berehala ikusi zuten COVID-19ren biktimetan biriketako odol-hodi txikienak bihurritu eta berreraikitzen zirela.2020ko maiatzean sarean argitaratutako emaitza garrantzitsu hauek erakusten dute COVID-19 ez dela arnas gaixotasun bat, gorputz osoko organoei eragin diezaiekeen gaixotasun baskular bat baizik.
"Gorputza zeharkatzen baduzu eta odol-hodi guztiak lerrokatzen badituzu, 60.000 eta 70.000 milia lortuko dituzu, hau da, ekuatorearen inguruko distantzia bikoitza", esan zuen Ackermann Wuppertaleko (Alemania) patologoak..Gaineratu duenez, odol-hodi horien ehuneko 1 bakarrik birusak erasotuko balitu, odol-fluxua eta oxigenoa xurgatzeko gaitasuna arriskuan egongo lirateke, eta horrek ondorio latzak eragin ditzake organo osorako.
Jonigk eta Ackermannek COVID-19-k odol-hodietan duen eraginaz ohartu zirenean, kaltea hobeto ulertu behar zutela konturatu ziren.
Medikuntzako X izpiek, hala nola CT eskaneek, organo osoen ikuspegiak eman ditzakete, baina ez dira nahikoa bereizmen handikoak.Biopsiari esker, zientzialariek ehun laginak mikroskopioan azter ditzakete, baina ondoriozko irudiek organo osoaren zati txiki bat baino ez dute adierazten eta ezin dute erakutsi COVID-19 biriketan nola garatzen den.Eta taldeak garatu duen erretxina-teknikak ehuna disolbatzea eskatzen du, eta horrek lagina suntsitzen du eta ikerketa gehiago mugatzen du.
"Egunaren amaieran, [birikek] oxigenoa lortzen dute eta karbono dioxidoa kanporatzen da, baina, horretarako, milaka kilometroko odol-hodi eta kapilar ditu, oso gutxitan banatuta... ia miraria da", esan zuen Jonigk, sortzaileak, Alemaniako Biriketako Ikerketa Zentroko ikertzaile nagusia."Beraz, nola ebaluatu dezakegu benetan COVID-19 bezain konplexua den zerbait organoak suntsitu gabe?"
Jonigk eta Ackermannek aurrekaririk gabeko zerbait behar zuten: organo bereko erradiografia sorta bat, ikertzaileei organoaren zatiak zelula-eskalara handitzeko aukera emango zietena.2020ko martxoan, alemaniar bikotea Peter Lee bere aspaldiko kolaboratzailearekin harremanetan jarri zen, materialen zientzialaria eta UCL-n sortzen ari diren teknologien katedraduna.Leeren espezialitatea X izpi indartsuak erabiliz material biologikoen azterketa da, beraz bere pentsamenduak Frantziako Alpeetara jo zuen berehala.
Europako Sinkrotroi Erradiazio Zentroa Grenobleko ipar-mendebaldeko lur zati triangeluar batean dago, bi ibai elkartzen diren tokian.Objektua partikula azeleragailu bat da, eta elektroiak bi milia erdiko orbita zirkularretan bidaltzen ditu argiaren ia abiaduran.Elektroi hauek zirkuluetan biraka egiten duten heinean, orbitan dauden iman indartsuek partikulen korrontea okertzen dute, eta elektroiek munduko X izpi distiratsuenetako batzuk igortzen dituzte.
Erradiazio indartsu horri esker, ESRF-i mikrometro edo nanometriko eskalan objektuak espiatzeko aukera ematen du.Askotan erabiltzen da aleazioak eta konpositeak bezalako materialak aztertzeko, proteinen egitura molekularra aztertzeko eta baita antzinako fosilak berreraikitzeko ere, harria hezurretik bereizi gabe.Ackermann, Jonigk eta Lee-k tresna erraldoia erabili nahi zuten munduko giza organoen erradiografia zehatzenak hartzeko.
Sartu Taforo, ESRF-en egindako lanak sinkrotroiaren eskaneatzeak ikus dezakeenaren mugak gainditu dituen.Bere trikimailu sorta ikaragarriei esker, zientzialariei dinosauroen arrautzen barruan begiratzea eta ia momiak irekita ebakitzea ahalbidetu zieten, eta ia berehala Taforok baieztatu zuen sinkrotroiek teorian biriketako lobulu osoak ondo eskaneatu zituztela.Baina, egia esan, giza organo osoak eskaneatzea erronka handia da.
Alde batetik, konparazioaren arazoa dago.X izpi estandarrek material ezberdinek xurgatzen duten erradiazioan oinarritutako irudiak sortzen dituzte, elementu astunek arinagoak baino gehiago xurgatzen dutelarik.Ehun bigunak elementu argiz osatuta daude gehienbat —karbonoa, hidrogenoa, oxigenoa, etab.—, beraz, ez dira argi eta garbi agertzen erradiografia mediko klasiko batean.
ESRFren gauza handietako bat bere X izpien izpia oso koherentea dela da: argiak uhinetan bidaiatzen du, eta ESRFren kasuan, bere X izpi guztiak maiztasun eta lerrokadura berean hasten dira, etengabe oszilatuz, utzitako oinatzak bezala. by Reik lorategi zen baten bidez.Baina X izpi horiek objektuan zehar igarotzen diren heinean, dentsitate-desberdintasun sotilek X izpi bakoitza bidetik zertxobait aldentzea eragin dezakete, eta aldea errazago hautematen da X izpiak objektutik urrundu ahala.Desbideratze hauek objektu baten barruan dentsitate-diferentzia sotilak ager ditzakete, nahiz eta elementu argiz osatuta egon.
Baina egonkortasuna beste kontu bat da.Handitutako erradiografia batzuk hartzeko, organoa bere forma naturalean finkatu behar da, milimetroaren milarena baino gehiago okertu edo mugitu ez dadin.Gainera, organo bereko ondoz ondoko erradiografiak ez dira bata bestearekin bat egingo.Esan beharrik ez dago, ordea, gorputza oso malgua izan daitekeela.
Lee-k eta UCL-ko bere taldeak sinkrotroi X izpiak jasan ditzaketen ontziak diseinatzea zuten helburu, ahalik eta uhin gehien igarotzen utziz.Leek ere proiektuaren antolaketa orokorraz arduratu zen —adibidez, giza organoak Alemania eta Frantzia artean garraiatzeko xehetasunak—, eta Big Data biomedikoetan aditua den Walsh kontratatu zuen, azterketak nola aztertzen laguntzeko.Frantziara bueltan, Tafororen lanak eskaneatzeko prozedura hobetzea eta Lee-ren taldeak eraikitzen ari zen ontzian organoa nola gorde askatzea izan zuen.
Tafforok bazekien organoak ez deskonposatzeko, eta irudiak ahalik eta argienak izan daitezen, uretako etanol zati batzuekin prozesatu behar zirela.Bazekien organoa egonkortu behar zuela organoaren dentsitatearekin zehazki bat zetorren zerbaitetan.Bere asmoa zen, nolabait, organoak etanol aberatsa den agar batean jartzea, algetatik ateratako gelatina antzeko substantzia batean.
Hala ere, deabrua xehetasunetan dago: Europa gehienean bezala, Taforo etxean trabatuta eta giltzapetuta dago.Beraz, Taforok bere ikerketa etxeko laborategi batera eraman zuen: urteak eman zituen tamaina ertaineko sukalde ohi bat apaintzen 3D inprimagailuekin, kimikako oinarrizko ekipoekin eta ikerketa anatomikorako animalien hezurrak prestatzeko erabiltzen ziren tresnekin.
Taforok bertako janari dendako produktuak erabili zituen agar nola egin jakiteko.Duela gutxi garbitu zuen teilatu batetik euri-urak biltzen ditu ur desmineralizatua egiteko, laborategiko agar-formuletako osagai estandarra.Organoak agaretan ontziratzeko, bertako hiltegi batetik txerri hesteak hartu zituen.
Taforo ESRFra itzultzeko baimena eman zioten maiatzaren erdialdean txerrien biriketako lehen azterketa egiteko.Maiatzetik ekainera, COVID-19ren ondorioz hil zen 54 urteko gizon baten ezkerreko biriketako lobulua prestatu eta eskaneatu zuen, Ackermannek eta Jonigek Alemaniatik Grenoblera eraman zutena.
"Lehen irudia ikusi nuenean, nire posta elektronikoan barkamen gutun bat zegoen proiektuan parte hartu zuten guztiei: huts egin genuen eta ezin izan nuen kalitate handiko eskaneatu bat lortu", esan zuen."Niretzat izugarriak ziren baina haientzat bikainak ziren bi argazki bidali berri dizkiet".
Los Angeleseko Kaliforniako Unibertsitateko Leerentzat, irudiak harrigarriak dira: organo osoko irudiak CT medikoen miaketa estandarren antzekoak dira, baina "milioi aldiz informazio gehiago".Esploratzaileak bere bizitza osoan basoa aztertzen aritu izan balitz bezala da, bai basoaren gainetik hegazkin hegazkin erraldoi batean, edo bidetik bidaiatuz.Orain hegaztiak hegodun txoriak bezala igotzen dira koipearen gainetik.
Taldeak HiP-CT ikuspegiaren lehen deskribapen osoa argitaratu zuen 2021eko azaroan, eta ikertzaileek COVID-19-k biriketako zirkulazio-mota batzuei nola eragiten dien buruzko xehetasunak ere argitaratu zituzten.
Eskaneak ustekabeko onura ere izan zuen: lagunak eta senideak txertoa hartzera konbentzitzen lagundu zien ikerlariei.COVID-19 kasu larrietan, biriketako odol-hodi asko dilatatuta eta puztuta agertzen dira, eta, neurri txikiagoan, odol-hodi txiki-sorta anormalak sor daitezke.
"COVID-en ondorioz hil den pertsona baten birikaren egiturari begiratzen diozunean, ez du biriki itxurarik; nahaspila bat da", esan zuen Tafolok.
Gaineratu zuen organo osasuntsuetan ere, miaketaek sekula erregistratu ez ziren ezaugarri anatomiko sotilak agerian utzi zituela, giza organorik ez baitzen sekula zehatz-mehatz aztertu.Chan Zuckerberg Initiative-ren (Facebookeko zuzendari nagusi Mark Zuckerbergek eta Zuckerberg-en emazteak, Priscilla Chan medikuak, sortutako irabazi-asmorik gabeko erakundea) milioi dolar baino gehiagoko finantzaketarekin, HiP-CT taldea giza organoen atlasa deitzen dena sortzen ari da gaur egun.
Orain arte, taldeak bost organoren miaketa kaleratu du (bihotza, garuna, giltzurrunak, birikak eta barea) Ackermannek eta Jonigk-ek Alemanian COVID-19 autopsian emandako organoetan eta LADAF osasun "kontroleko" organoan oinarrituta.Grenobleko laborategi anatomikoa.Taldeak datuak ekoitzi zituen, baita hegaldien filmak ere, Interneten doan eskuragarri dauden datuetan oinarrituta.Giza Organoen Atlasa azkar hedatzen ari da: beste 30 organo eskaneatu dituzte, eta beste 80 prestatzeko fase ezberdinetan daude.Ia 40 ikerketa talde ezberdin taldearekin harremanetan jarri ziren ikuspegiari buruz gehiago jakiteko, esan zuen Lik.
Cook UCL kardiologoak potentzial handia ikusten du HiP-CT erabiltzeak oinarrizko anatomia ulertzeko.Biriketako gaixotasunetan aditua den Joe Jacob UCL erradiologoak esan du HiP-CT "gaixotasunak ulertzeko ezinbestekoa" izango dela, batez ere hiru dimentsioko egituretan, esate baterako, odol-hodiak.
Artistak ere borrokan sartu ziren.Marshmallow Laser Feast Londresen oinarritutako esperientzia-arte kolektiboko Barney Steele-k dio aktiboki ikertzen ari dela HiP-CT datuak errealitate birtualean murgiltzeko nola arakatu daitezkeen."Funtsean, giza gorputzean zehar bidaia bat sortzen ari gara", esan zuen.
Baina HiP-CT-ren promesa guztiak gorabehera, arazo larriak daude.Lehenik eta behin, dio Walshek, HiP-CT eskaner batek "datu kopuru ikaragarria" sortzen du, erraz terabyte bat organo bakoitzeko.Klinikariei azterketa horiek mundu errealean erabiltzeko, ikertzaileek hodeian oinarritutako interfaze bat garatzea espero dute haiek nabigatzeko, hala nola, Google Maps giza gorputzerako.
Era berean, eskaneatzea 3D eredu erabilgarri bihurtzea erraztu behar zuten.CT eskaneatu metodo guztiak bezala, HiP-CT objektu jakin baten 2D xerra asko hartu eta elkarrekin pilatuz funtzionatzen du.Gaur egun ere, prozesu honen zati handi bat eskuz egiten da, batez ere ehun anormalak edo gaixoak aztertzean.Lee eta Walsh-ek diote HiP-CT taldearen lehentasuna zeregin hori erraztu dezaketen ikaskuntza automatikoko metodoak garatzea dela.
Erronka hauek zabaldu egingo dira giza organoen atlasa hedatu ahala eta ikertzaileak asmo handikoak diren heinean.HiP-CT taldeak ESRF beam gailu berriena erabiltzen ari da, BM18 izenekoa, proiektuko organoak miatzen jarraitzeko.BM18-k X izpien izpi handiagoa sortzen du, hau da, eskaneatzea denbora gutxiago behar da, eta BM18 X izpien detektagailua eskaneatzen ari den objektutik 125 oin (38 metro) urrun egon daiteke, eskaneatzea argiagoa izan dadin.BM18-ren emaitzak dagoeneko oso onak direla dio Taforok, sistema berrian jatorrizko Giza Organo Atlas lagin batzuk berriro eskaneatu dituelako.
BM18-k objektu oso handiak ere eskaneatu ditzake.Instalazio berriarekin, taldeak giza gorputzaren enborra osoa kolpe bakarrean eskaneatzea aurreikusten du 2023 amaierarako.
Teknologiaren potentzial izugarria arakatuz, Taforok esan zuen: "Hasieran gaude benetan".
© 2015-2022 National Geographic Partners, LLC.Eskubide guztiak erreserbatuak.