Los científicos de la University College of London (UCL) y el European Synchrotron Research Facility (ESRF) han utilizado una nueva tecnología revolucionaria de imágenes llamada Tomografía de contraste de fase jerárquica (HiP-CT), para escanear órganos humanos donados, incluidos los pulmones de un donante Covid-19. Los resultados se han publicado en Nature Methods.
HiP-CT permite el mapeo 3D a través de una gama de escalas, lo que permite a los médicos ver el órgano completo como nunca antes al tomar imágenes de él como un todo y luego hacer zoom hasta el nivel celular.
La técnica utiliza rayos X suministrados por el Sincrotrón Europeo (un acelerador de partículas) en Grenoble, Francia, que tras su reciente actualización de Fuente Extremadamente Brillante (ESRF-EBS), ahora proporciona la fuente de rayos X más "brillante" del mundo con 100 mil millones veces más que una radiografía de un hospital.
Debido a este intenso brillo, los investigadores pueden ver vasos sanguíneos de cinco micrones de diámetro (una décima parte del diámetro de un cabello) en un pulmón humano intacto. Una tomografía computarizada clínica solo resuelve los vasos sanguíneos que son aproximadamente 100 veces más grandes, alrededor de 1 mm de diámetro.
HiP-CT permite el mapeo 3D a través de una gama de escalas, lo que permite a los médicos ver el órgano completo como nunca antes al tomar imágenes de él como un todo
La doctora Claire Walsh (Ingeniería Mecánica de la UCL) afirmó que "la capacidad de ver órganos a través de 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, podremos, por primera vez, validar con gran precisión hallazgos ambiguos en imágenes clínicas. Para comprender la anatomía humana, esta también es una técnica muy emocionante, ser capaz de ver pequeñas estructuras de órganos en 3D en su contexto espacial correcto es clave para comprender cómo están estructurados nuestros cuerpos y cómo funcionan".
Usando HiP-CT, el equipo de investigación, que incluye a médicos en Alemania y Francia, ha visto 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 tejido pulmonar. Tal reticulación impide que la sangre del paciente se oxigene adecuadamente, lo que se había planteado previamente como hipótesis pero no probado.
Maximilian Ackermann MD (University Medical Center Mainz), usuario clínico de la técnica, incidó que "poco después del comienzo de la pandemia global demostramos que la Covid-19 es una enfermedad vascular sistémica utilizando métodos histopatológicos (imágenes ópticas de tejido) y moleculares. Sin embargo, estas técnicas no abordaron adecuadamente la extensión de los cambios y la coagulación en los vasos sanguíneos finos de los pulmones".
Según declaró, Danny Jonigk, profesor de patología torácica, (Escuela de Medicina de Hannover, Alemania), "al combinar nuestros métodos moleculares con las imágenes multiescala HiP-CT en pulmones afectados por neumonía Covid-19, obtuvimos una nueva comprensión de cómo la derivación entre los vasos sanguíneos en los dos sistemas vasculares del pulmón se producen en los pulmones lesionados por Covid-19 y el impacto que tiene en los niveles de oxígeno en nuestro sistema circulatorio".
El equipo dirigido por la UCL está utilizando HiP-CT para producir un Atlas de órganos humanos
Por otro lado, el doctor Paul Tafforeau, científico principal de ESRF, apuntó que “la idea de desarrollar esta nueva técnica de HiP-CT surgió después del comienzo de la pandemia global, combinando varias técnicas que se utilizaron en el ESRF para obtener imágenes de fósiles grandes y utilizando el aumento sensibilidad de la nueva fuente extremadamente brillante en el ESRF, ESRF-EBS. Esto nos permite ver en 3D los vasos increíblemente pequeños dentro de un órgano humano completo, lo que nos permite distinguir en 3D un vaso sanguíneo del tejido circundante e incluso observar algunas células específicas.
“Este es un gran avance, ya que los órganos humanos tienen poco contraste y, por lo tanto, es muy difícil obtener imágenes 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 ".
Con el 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 este jueves 4 de noviembre. Esto mostrará 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 se realizará una biopsia pulmonar de control y una biopsia pulmonar Covid-19. El Atlas estará disponible en línea para cirujanos, médicos y el público interesado.
En palabras del profesor líder del proyecto Peter Lee (Ingeniería Mecánica de la UCL): "El Atlas abarca una escala previamente poco explorada en nuestra comprensión de la anatomía humana, que es la escala de centímetros a micrones 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 o 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 submicrométrica , pero solo en pequeñas biopsias de tejido de un órgano. HiP-CT une estas escalas en 3D, obteniendo imágenes de órganos completos para proporcionar nuevos conocimientos sobre nuestra estructura biológica".