Яңа сканерлау техникасы кеше анатомиясен өйрәнүдә революция ясый алырлык зур детальләр белән сурәтләр чыгара.
Пол Тафоро COVID-19 яктылык корбаннарының беренче эксперименталь сурәтләрен күргәч, ул уңышсыз дип уйлады.Палеонтолог, Тафоро берничә ай дәвамында Европа командалары белән эшләп, Франция Альпларында кисәкчәләр тизләткечләрен революцион медицина сканерлау коралларына әйләндерде.
Бу 2020 елның май ахырында иде, һәм галимнәр COVID-19ның кеше органнарын ничек юк итүен яхшырак аңларга теләделәр.Тафоро Франциянең Гренобль шәһәрендә Европа синхротрон нурланыш корылмасы (ESRF) җитештергән югары көчле рентген нурларын куллана алырлык ысул эшләргә кушылды.ESRF галиме буларак, ул таш казылмалар һәм кипкән мумияләрнең югары резолюцияле рентген нурлары чикләрен куйды.Хәзер ул кәгазь сөлгеләрнең йомшак, ябыштырылган массасыннан курка иде.
Рәсемнәр аларга медицина КТ сканерларына караганда яхшырак күрсәттеләр, бу аларга галимнәрнең һәм табибларның кеше органнарын күз алдына китерү һәм аңлаудагы каты кимчелекләрне җиңәргә мөмкинлек бирде."Анатомия дәреслекләрендә, аны күргәндә, ул зур масштаблы, кечкенә масштаблы, һәм алар бер сәбәп аркасында кулдан ясалган матур рәсемнәр: алар сәнгатьчә аңлатмалар, чөнки бездә сурәтләр юк" Лондон Университеты Колледжы (UCL) ) әйтте..Өлкән тикшерүче Клер Уолш әйтте."Без беренче тапкыр реаль эшне эшли алабыз."
Тафоро һәм Уолш 30дан артык тикшерүчеләрдән торган халыкара команда составына керәләр, алар Иерархик Фаза Контраст Томографиясе (HiP-CT) дип аталган көчле рентген сканерлау техникасын булдырдылар.Аның ярдәмендә алар, ниһаять, тулы кеше организмыннан тәннең иң кечкенә кан тамырларын яки хәтта аерым күзәнәкләрен киңәйтелгән күренешкә күчә ала.
Бу ысул COVID-19ның үпкәләрдәге кан тамырларын ничек бозуы һәм төзекләндерүе турында яңа мәгълүмат бирә.Аның озак вакытлы перспективаларын ачыклау кыен булса да, HiP-CT кебек бернәрсә дә булмаган, аның потенциалы белән дулкынланган тикшерүчеләр авыруны аңлау һәм кеше анатомиясен төгәл топографик карта белән карату өчен яңа ысуллар уйлап табалар.
UCL кардиологы Эндрю Кук әйтте: "Күпчелек кеше йөрәк анатомиясен йөз еллар дәвамында өйрәнүебезгә гаҗәпләнергә мөмкин, ләкин йөрәкнең, бигрәк тә йөрәкнең нормаль төзелеше турында бер фикер юк ... Мускул күзәнәкләре һәм аның ничек үзгәрүе. йөрәк тибә. "
"Мин бөтен карьерамны көттем", диде ул.
HiP-CT техникасы ике немец патологы SARS-CoV-2 вирусының кеше организмына җәза тәэсирен күзәтү өчен көч сынашкач башланды.
Ганновер медицина училищесының торак патологы Дэнни Джонигк һәм Майнц университеты медицина үзәгенең патологы Максимилиан Экерманн Кытайда гадәти булмаган пневмония очрагы тарала башлагач, бик уяу булдылар.Икесенең дә үпкә шартларын дәвалау тәҗрибәсе булган һәм COVID-19 гадәти булмаганын шунда ук белгәннәр.Пар аеруча COVID-19 пациентларын уяу булган, ләкин кандагы кислород дәрәҗәсенең кимүенә китергән "тавышсыз гипоксия" турындагы хәбәрләр өчен борчылды.
Экерманн һәм Джониг SARS-CoV-2 үпкәләрдәге кан тамырларына ничектер һөҗүм итәләр дип шикләнә.Авыру 2020-нче елның мартында Германиягә таралгач, пар COVID-19 корбаннарын тикшерә башладылар.Озакламый алар кан тамырлары гипотезасын тукымалар үрнәкләренә резин кертеп, аннары тукыманы кислотада эретеп, оригиналь кан тамырларының төгәл моделен калдырып сынадылар.
Бу техниканы кулланып, Экерманн һәм Джонигк COVID-19дан үлмәгән кешеләр тукымаларын чагыштырдылар.Алар шунда ук күрделәр: COVID-19 корбаннарында үпкәдәге иң кечкенә кан тамырлары борылып, реконструкцияләнде.2020-нче елның май аенда онлайн режимда бастырылган бу истәлекле нәтиҗәләр шуны күрсәтә: COVID-19 каты сулыш авыруы түгел, ә организмдагы органнарга тәэсир итә торган кан тамырлары авыруы.
"Әгәр сез тән аша үтеп, барлык кан тамырларын тигезләсәгез, сез 60,000 - 70,000 чакрым юл үтәсез, бу экватор тирәсендә ике тапкыр ара", диде Вуппертал, Германия патологы Экерман..Ул өстәде, бу кан тамырларының 1 проценты гына вирус белән һөҗүм ителсә, кан агымы һәм кислородны үзләштерү сәләте бозылачак, бу бөтен орган өчен аяныч нәтиҗәләргә китерергә мөмкин.
Джонигк һәм Экерманн COVID-19ның кан тамырларына тәэсирен аңлагач, зарарны яхшырак аңларга кирәклеген аңладылар.
КТ сканерлары кебек медицина рентгеннары бөтен органнарның күренешләрен бирә ала, ләкин алар җитәрлек дәрәҗәдә түгел.Биопсия галимнәргә тукымалар үрнәкләрен микроскоп астында тикшерергә мөмкинлек бирә, ләкин барлыкка килгән рәсемнәр бөтен органның кечкенә өлешен генә күрсәтә һәм үпкәләрдә COVID-19 үсешен күрсәтә алмый.Teamәм коллектив эшләгән резин техникасы тукыманы эретүне таләп итә, бу үрнәкне юкка чыгара һәм алга таба тикшерүне чикли.
"Көн ахырында [үпкә] кислород ала һәм углерод газы чыга, ләкин моның өчен аның меңләгән километр кан тамырлары һәм капиллярлары бар, бик нечкә арада ... бу могҗиза диярлек", диде Джонигк, нигез салучы, Германия үпкәсен тикшерү үзәгендә төп тикшерүче."Алайса, без органнарны җимермичә COVID-19 кебек катлаулы нәрсәне ничек бәяли алабыз?"
Джонигк һәм Экерманга моңарчы күрелмәгән нәрсә кирәк иде: бер үк органның рентген нурлары сериясе, тикшерүчеләргә орган өлешләрен кәрәзле масштабка киңәйтергә мөмкинлек бирәчәк.2020 елның мартында немец дуэты озак еллар хезмәттәше Питер Ли белән элемтәгә керде, материал галиме һәм UCL барлыкка килүче технологияләр кафедрасы кафедрасы.Ли белгечлеге - көчле рентген кулланып биологик материалларны өйрәнү, шуңа күрә аның уйлары шундук Франция Альпларына юнәлде.
Европа синхротрон нурланыш үзәге Гренобльның төньяк-көнбатыш өлешендә өчпочмаклы җирдә урнашкан, анда ике елга очраша.Предмет - кисәкчәләр тизләткече, яктылык тизлегендә ярты чакрым озынлыктагы түгәрәк орбиталарга электрон җибәрә.Бу электроннар түгәрәкләрдә әйләнгәндә, орбитадагы көчле магнитлар кисәкчәләр агымын кысалар, бу электроннарның дөньядагы иң якты рентген нурларын чыгаруга китерә.
Бу көчле нурланыш ESRFга микрометр яки хәтта нанометр масштабындагы әйберләрне шпион итәргә мөмкинлек бирә.Бу еш эретмәләр һәм композитлар кебек материалларны өйрәнү, белокларның молекуляр төзелешен өйрәнү, хәтта борыңгы казылмаларны таш сөяктән аермыйча реконструкцияләү өчен кулланыла.Экерманн, Джонигк һәм Ли гигант коралны кулланып, кеше органнарының дөньядагы иң җентекле рентген нурларын алырга теләгәннәр.
Тафорога керегез, аның ESRFдагы эше синхротрон сканерлау чикләрен куйган.Аның тәэсирле хәйләләре моңа кадәр галимнәргә динозавр йомыркаларын карарга һәм ачык мумияләрне кисәргә мөмкинлек биргән иде, һәм Тафоро синхротроннарның теоретик яктан бөтен үпкә лобаларын яхшы сканерлый алуын раслады.Ләкин чынлыкта кеше органнарын сканерлау бик зур проблема.
Бер яктан, чагыштыру проблемасы бар.Стандарт рентген нурлары төрле материалларның күпме радиация үзләштерүенә нигезләнеп сурәтләр ясыйлар, авыррак элементлар җиңелрәкләргә караганда күбрәк үзләштерәләр.Йомшак тукымалар күбесенчә яктылык элементларыннан тора - углерод, водород, кислород һ.б., шуңа күрә алар классик медицина рентгенында ачык күренмиләр.
ESRF турында иң яхшы әйберләрнең берсе - аның рентген нуры бер-берсенә туры килүе: яктылык дулкыннарда йөри, һәм ESRF очракта аның барлык рентген нурлары бер үк ешлыкта һәм тигезләнештә башлана, эз эзләре кебек гел осли. Рейк зен бакчасы аша.Ләкин бу рентген нурлар объект аша үткәндә, тыгызлыктагы нечкә аермалар һәр рентген юлдан бераз читкә тайпылырга мөмкин, һәм рентген нурлары объекттан ераклашканда аерманы ачыклау җиңелрәк.Бу тайпылышлар яктылык элементларыннан булса да, объект эчендә нечкә тыгызлык аермаларын күрсәтә ала.
Ләкин тотрыклылык тагын бер проблема.Зурайтылган рентген нурларын алу өчен, орган миллиметрның меңнән артыграк иелмәсен өчен, табигый формада торырга тиеш.Моннан тыш, бер үк органның рентген нурлары бер-берсенә туры килмәячәк.Әйтергә кирәк, тән бик сыгылучан булырга мөмкин.
Ли һәм аның командасы UCL синхротрон рентгенына каршы тора алырлык контейнерлар ясарга омтылды, шул ук вакытта мөмкин кадәр күбрәк дулкыннар җибәрергә.Ли шулай ук ​​проектның гомуми оешмасы белән эшләде, мәсәлән, Германия һәм Франция арасында кеше органнарын йөртү детальләре - һәм сканерларны анализлау өчен, биомедицина зур мәгълүматларга махсуслашкан Уолшны яллады.Франциягә кайткач, Тафоро эше сканерлау процедурасын камилләштерү һәм Ли командасы төзегән контейнерда органны ничек сакларга икәнлеген ачыклау.
Таффоро белә иде, органнар чермәсен өчен, һәм рәсемнәр мөмкин кадәр ачык булсын өчен, алар су этанолының берничә өлеше белән эшкәртелергә тиеш.Ул шулай ук ​​органның тыгызлыгына туры килгән әйберне тотрыклыландырырга кирәклеген белә иде.Аның планы ничектер органнарны этанолга бай агарга урнаштыру иде, диңгез үсемлекләреннән алынган желега охшаган матдә.
Ләкин, шайтан детальләрдә - Европаның күпчелегендәге кебек, Тафоро өйдә тыгылып ябылган.Шуңа күрә Тафоро үз тикшеренүләрен өй лабораториясенә күчерде: Ул еллар элек урта урта кухняны 3D принтерлар, төп химия җиһазлары һәм анатомик тикшеренүләр өчен хайван сөякләрен әзерләү өчен кораллар белән бизәде.
Тафоро җирле азык-төлек кибетендәге продуктларны агар ясарга ничек кулланган.Ул хәтта күптән түгел чистартылган түбәдән буран суларын җыя, деминерализацияләнгән су ясау өчен, лабораторияле агар формулаларының стандарт компоненты.Агарда органнарны төрү белән шөгыльләнү өчен, ул җирле суюдан дуңгыз эчәкләрен алды.
Дуңгызларның үпкәсен беренче сынау өчен Тафоро май урталарында ESRF-га кире кайту өчен чистартылды.Май-июнь айларында ул COVID-19 үлгән 54 яшьлек ир-атның сул үпкәсен әзерләде һәм сканерлады, аны Экерманн һәм Джониг Германиядән Гренобльгә алып киттеләр.
"Беренче рәсемне күргәч, минем электрон почтамда проектта катнашкан һәркемгә гафу хаты килде: без уңышсыз булдык һәм югары сыйфатлы сканер ала алмадым", диде ул."Мин аларга ике рәсем җибәрдем, алар минем өчен куркыныч, ләкин алар өчен бик яхшы."
Лос-Анджелес Калифорния Университеты Ли өчен сурәтләр искиткеч: бөтен орган рәсемнәре стандарт медицина КТ сканерларына охшаш, ләкин "миллион тапкыр күбрәк мәгълүматлы".Тикшерүче гомере буе урманны өйрәнгән кебек, яисә урман өстендә гигант самолетта оча, яисә эз буенча сәяхәт итә.Хәзер алар канаттагы кошлар кебек түбә өстендә күтәреләләр.
Коллектив HiP-CT алымының беренче тулы тасвирламасын 2021 елның ноябрендә бастырды, һәм тикшерүчеләр шулай ук ​​COVID-19ның үпкәләрдә әйләнешнең кайбер төрләренә ничек тәэсир итүе турында детальләр чыгардылар.
Сканерның көтелмәгән файдасы да бар: бу тикшерүчеләргә дусларны һәм туганнарны прививка ясарга ышандырырга ярдәм итте.COVID-19 авыр очракларда үпкәдәге күп кан тамырлары эре һәм шешкән булып күренә, ә аз күләмдә кечкенә кан тамырларының гадәти булмаган төрләре барлыкка килергә мөмкин.
"КОВИДтан үлгән кешедән үпкә структурасын карасаң, ул үпкәгә охшамый - бу тәртипсезлек", диде Тафоло.
Ул өстәде, хәтта сәламәт органнарда да сканерлар нечкә анатомик үзенчәлекләрне ачыкладылар, чөнки беркайчан да кеше органнары андый җентекләп тикшерелмәгән.Чан uckукерберг инициативасы (Facebook генераль директоры Марк uckукерберг һәм uckукербергның хатыны, табиб Прискилла Чан нигез салган коммерциячел булмаган оешма) тарафыннан 1 миллион доллардан артык финанслау белән, HiP-CT командасы хәзерге вакытта кеше органнары атласы дип атала.
Әлегә коллектив биш органның сканерларын чыгарды - йөрәк, ми, бөер, үпкә һәм флот - Экерман һәм Джонигк Германиядә COVID-19 җәрәхәтләре вакытында һәм LADAF сәламәтлекне "контроль" органы бүләк иткән органнар нигезендә.Гренобль анатомик лабораториясе.Коллектив Интернетта иркен булган мәгълүматларга нигезләнеп, очыш фильмнары кебек мәгълүматлар чыгарды.Кеше органнары атласы тиз арада киңәя: тагын 30 орган сканерланган, тагын 80 төрле әзерлек этапларында.Ли әйтүенчә, якынча 40 төрле тикшеренү төркеме команда белән элемтәгә керде.
UCL кардиолог Кук төп анатомияне аңлау өчен HiP-CT куллануда зур потенциал күрә.UCL радиологы Джо Джейкоб, үпкә авыруы белән махсуслашкан, HiP-CT авыруны аңлау өчен бик кыйммәтле булачак, аеруча кан тамырлары кебек өч үлчәмле структураларда.
Хәтта артистлар да бәхәскә керделәр.Лондонда урнашкан тәҗрибәле сәнгать коллективы Барни Стил Маршмаллоу Лазер бәйрәмендә HiP-CT мәгълүматларын империв виртуаль чынбарлыкта ничек тикшереп була икәнлеген актив тикшерә, ди."Асылда, без кеше тәне аша сәяхәт ясыйбыз", диде ул.
Ләкин HiP-CT барлык вәгъдәләренә карамастан, җитди проблемалар бар.Беренчедән, Уолш әйтә, HiP-CT сканеры "гаҗәеп зур мәгълүмат" тудыра, бер организмга терабайт җиңел.Клиникларга бу сканерларны реаль дөньяда кулланырга рөхсәт итәр өчен, тикшерүчеләр болытка нигезләнгән интерфейс эшләргә өметләнәләр, мәсәлән, кеше организмы өчен Google Карталар.
Аларга шулай ук ​​сканерларны 3D модельләренә әйләндерүне җиңеләйтергә кирәк иде.Барлык CT сканерлау ысуллары кебек, HiP-CT да бирелгән объектның 2D кисәкләрен алып, бергә туплап эшли.Бүгенге көндә дә бу процессның күп өлеше кул белән башкарыла, аеруча аномаль яки авыру тукыманы сканерләгәндә.Ли һәм Уолш әйтүенчә, HiP-CT командасының өстенлеге - бу эшне җиңеләйтә торган машина өйрәнү ысулларын эшләү.
Бу проблемалар кеше органнары атласы киңәеп, тикшерүчеләр амбицияле булгач киңәячәк.HiP-CT командасы проект органнарын сканерлауны дәвам итү өчен BM18 исемле соңгы ESRF нур җайланмасын куллана.BM18 зуррак рентген нуры чыгара, димәк, сканерлау азрак вакыт ала, һәм BM18 рентген детекторы сканерланган объекттан 125 фут (38 метр) ераклыкта урнаштырыла ала, бу аны сканерлауны ачыклый.BM18 нәтиҗәләре инде бик яхшы, ди Тафоро, яңа системада кеше организмы Атласының кайбер оригиналь үрнәкләрен юкка чыгарган.
BM18 шулай ук ​​бик зур әйберләрне сканерлый ала.Команда яңа корылма белән 2023 ел ахырына кеше тәненең бөтен тәнен сканерларга уйлый.
Технологиянең гаять зур потенциалын өйрәнеп, Тафоро: "Без чыннан да башында", диде.
© 2015-2022 National Geographic Partners, ООО.Барлык хокуклар якланган.