Идеи, которые невозможны с обычными двумерными платформами, включают характеристику уничтоженных дыхательных путей при туберкулезе и кровоизлиянии от разрыва кровеносных сосудов в легких COVID-19 на почти микроскопическом уровне.

Трехмерная сегментация некротических поражений корня имбиря (желтый) и окружающая кисть (красный) в образце инфицированной Mycobacterium tuberculosis ткани легких человека (прозрачная поверхность). Африканский научно-исследовательский институт здравоохранения

Общая анатомия раскрывает трехмерные формы патологии в больших масштабах. Гистология, напротив, раскрывает микроскопическую анатомию биологических структур. Но это увеличение обходится дорого – гистология показывает только двумерные формы, потому что она изучает небольшие плоские ломтики окрашенной ткани.

Это отсутствие трех измерений означает, что гистология может пропустить важные патофизиологии в поврежденных легких пациентов с туберкулезом или туберкулезом и COVID-19, двумя самым смертоносными инфекционными заболеваниями человечества за последние годы.

Теперь исследователи сообщают, что мощный инструмент визуализации под названием microCT может быть использован для создания трехмерного или 3D-атласа спектра поражений легких как при туберкулезе, так и при COVID-19 на почти микроскопическом уровне. Это дает неожиданное представление о невидимой микроархитектуре поражений в контексте всего легкого.

Исследование, опубликованное в журнале EMBO Molecular Medicine – с одним из 3D-изображений, представленных на обложке журнала, возглавлял Адри Стайн, доктор философии, профессор кафедры микробиологии Университета Алабамы в Бирмингеме и член Африканского научно-исследовательского института здравоохранения, или AHRI, Университет Квазулу-Натал

“Насколько нам известно, это первое исследование с использованием микроКТ для выяснения макро- и микроскопических особенностей туберкулезных поражений, таких как кавитация, кальцификация и некроз, а также патофизиология COVID-19 в больших образцах легких в трех измерениях”, – сказал Стайн. “Важным новым вкладом этого исследования является характеристика уничтоженных дыхательных путей при туберкулезе и кровоизлияния из разорванных кровеносных сосудов в легких COVID-19, что было бы невозможно с обычными двумерными платформами. Кроме того, микроКТ-анализ всей доли легких COVID-19 в 3D представляет собой технический прогресс, который позволил нам контекстуализировать сосудистую патологию в большей архитектуре легких и визуализировать сосудистую микроархитектуру в замечательных деталях”.

Одним из преимуществ microCT является создание 3D-изображения поражения. В статье о туберкулезе в прошлом году Стейн и его коллеги показали эту силу. По их словам, в течение 70 лет врачи думали, что гранулемы туберкулеза в легких пациентов были сферическими или яйцевидными, потому что обычная гистология показала круглые черты, и исследователи интуитивно предположили, что они означали, что грануломы были сферическими или яйцевидными. Но такие круглые изображения похожи на разрезание очень тонкого ломтика через толстую ветвь дерева и предположение, что ветвь круглая или овальная.

Вместо сфер 3D-изображения показали более крупные гранулемы как что угодно, кроме круглых – они имели сложные, разветвленные формы. Один выглядел как корень имбиря, а другой – как скопление ранних бутонов на вишнёвом дереве, прежде чем появятся цветы.

В текущем исследовании Стейна исследователи также выявили необычное пространственное расположение сосудов в пределах всей доли легких COVID-19, а 3D-изображения кровеносных сосудов выявили микроангиопатию, связанную с кровоизлиянием.

Примечательно, говорит Стайн, что эта визуализация патологических аномалий выявила скрытые патологические структуры, которые, возможно, были проигнорированы, демонстрируя мощный метод визуализации патологий в 3D в туберкулезной легочной ткани и целых долях COVID-19.

Исследователи сравнили microCT с двумя клиническими платформами визуализации с более низким разрешением, которые не дают точных трехмерных изображений поражений туберкулеза – компьютерная рентгеновская томография с высоким разрешением, которая используется для диагностики туберкулеза, и низкоразрешенная низкоэнергетическая «мягкая» рентгеновская КТ, обычно используем Визображение микроКТ обеспечивает более высокое разрешение по сравнению с двумя другими; но ее образцы должны быть близко к источнику рентгеновского излучения, поэтому анализ микроКТ ограничен посмертной или ресекнутой тканью легких.

Во всем мире доступно огромное количество фиксированных формалинов парафиновых образцов туберкулезных легких из десятилетий исследований. Исследовательская группа Steyn показала, что microCT способен непосредственно охарактеризовать отложения кальция, а также некротические и частично кальцифицированные некротические грануломы в этих образцах. Кроме того, они обнаружили, что удаление парафина позволило визуализировать более детализированные микроанатомические особенности.

“Мы ожидаем, что microCT может быть использован для создания трехмерного эталонного атласа туберкулезного легкого человека, полученного из оцифрованных библиотек 3D-изображений тканей, органов новых пациентов и существующих библиотек с фиксированными тканями”, – сказал Стейн. “Этот атлас может быть использован для идентификации новых биомаркеров изображений. Кроме того, мы ожидаем, что атлас типов туберкулеза и поражения COVID-19 будет определять наше понимание неудачи локализованного иммунитета и станет важным ресурсом для терапевтического и диагностического развития”.

Источник