Yeni skan etmə texnikası insan anatomiyasının öyrənilməsində inqilab yarada biləcək böyük təfərrüatlı şəkillər yaradır.
Paul Taforo, COVID-19 işıq qurbanlarının ilk eksperimental şəkillərini görəndə, uğursuz olduğunu düşündü.Paleontoloq olan Taforo, Fransa Alplərindəki hissəcik sürətləndiricilərini inqilabi tibbi skan etmə alətlərinə çevirmək üçün Avropadakı qruplarla aylarla işlədi.
Bu, 2020-ci il may ayının sonunda idi və elm adamları COVID-19-un insan orqanlarını necə məhv etdiyini daha yaxşı başa düşməyə can atırdılar.Taforo, Fransanın Qrenobl şəhərində yerləşən Avropa Sinxrotron Radiasiya Qurumu (ESRF) tərəfindən istehsal olunan yüksək güclü rentgen şüalarından istifadə edə biləcək bir metod hazırlamaq üçün tapşırıldı.ESRF alimi olaraq o, qaya qalıqlarının və qurudulmuş mumiyaların yüksək ayırdetmə qabiliyyətinə malik rentgen şüalarının sərhədlərini aşdı.İndi o, kağız dəsmalların yumşaq, yapışqan kütləsindən dəhşətə gəlirdi.
Şəkillər onlara əvvəllər gördükləri hər hansı bir tibbi CT taramasından daha çox təfərrüat göstərdi, bu da onlara elm adamlarının və həkimlərin insan orqanlarını necə vizuallaşdırması və başa düşməsi ilə bağlı inadkar boşluqları aradan qaldırmağa imkan verdi.“Anatomiya dərsliklərində gördüyünüz zaman böyük miqyaslıdır, kiçik miqyaslıdır və bir səbəbə görə əl ilə çəkilmiş gözəl təsvirlərdir: onlar bədii şərhlərdir, çünki bizdə təsvirlər yoxdur,” University College London (UCL) ) dedi..Baş tədqiqatçı Kler Uolş bildirib."İlk dəfə real şeyi edə bilərik."
Taforo və Uolş İyerarxik Faza Kontrast Tomoqrafiya (HiP-CT) adlı güclü yeni rentgen skan etmə texnikasını yaradan 30-dan çox tədqiqatçıdan ibarət beynəlxalq komandanın bir hissəsidir.Bununla, onlar nəhayət, tam bir insan orqanından bədənin ən kiçik qan damarlarının və ya hətta ayrı-ayrı hüceyrələrin genişlənmiş görünüşünə keçə bilərlər.
Bu üsul artıq COVID-19-un ağciyərlərdəki qan damarlarını necə zədələdiyi və yenidən qurulması ilə bağlı yeni fikirlər təqdim edir.Onun uzunmüddətli perspektivlərini müəyyənləşdirmək çətin olsa da, HiP-CT kimi heç bir şey əvvəllər mövcud olmamışdır, onun potensialından həyəcanlanan tədqiqatçılar həvəslə xəstəliyi anlamaq və insan anatomiyasını daha dəqiq topoqrafik xəritə ilə xəritələndirmək üçün yeni yollar nəzərdə tuturlar.
UCL kardioloqu Endryu Kuk dedi: “Əksər insanlar yüz illərdir ürəyin anatomiyasını öyrəndiyimizə təəccüblənə bilər, lakin ürəyin, xüsusən də ürəyin normal quruluşu ilə bağlı konsensus yoxdur... Əzələ hüceyrələri və onun necə dəyişdiyi barədə fikir birliyi yoxdur. ürək döyünəndə”.
"Mən bütün karyeramı gözləyirdim" dedi.
HiP-CT texnikası iki alman patoloqun SARS-CoV-2 virusunun insan orqanizminə cəza təsirini izləmək üçün yarışması ilə başladı.
Hannover Tibb Məktəbinin döş qəfəsinin patoloqu Denni Coniqk və Mainz Universiteti Tibb Mərkəzinin patoloqu Maksimilian Akkermann Çində qeyri-adi sətəlcəm hadisəsi ilə bağlı xəbərlər yayılmağa başlayanda yüksək hazırlıq vəziyyətində idilər.Hər ikisinin ağciyər xəstəliklərini müalicə etmək təcrübəsi var idi və dərhal COVID-19-un qeyri-adi olduğunu bilirdilər.Cütlük xüsusilə COVID-19 xəstələrini oyaq saxlayan, lakin qanlarında oksigen səviyyəsinin aşağı düşməsinə səbəb olan "səssiz hipoksiya" xəbərlərindən narahat idi.
Ackermann və Jonig SARS-CoV-2-nin ağciyərlərdəki qan damarlarına bir şəkildə hücum etdiyindən şübhələnirlər.Xəstəlik 2020-ci ilin martında Almaniyaya yayıldıqda, cütlük COVID-19 qurbanlarının yarılmalarına başladı.Onlar tezliklə toxuma nümunələrinə qatran yeritməklə və sonra toxumanı turşuda həll etməklə, orijinal damar quruluşunun dəqiq modelini buraxaraq öz damar fərziyyələrini sınaqdan keçirdilər.
Bu texnikadan istifadə edən Ackermann və Jonigk, COVID-19-dan ölməyən insanların toxumalarını ölən insanların toxumaları ilə müqayisə etdilər.Dərhal gördülər ki, COVID-19 qurbanlarında ağciyərlərdəki ən kiçik qan damarları bükülüb və yenidən qurulub.2020-ci ilin may ayında onlayn yayımlanan bu əlamətdar nəticələr göstərir ki, COVID-19 ciddi şəkildə tənəffüs yoluxucu xəstəlik deyil, bütün bədən orqanlarına təsir edə bilən damar xəstəliyidir.
Almaniyanın Vuppertal şəhərindən olan patoloq Ackermann, "Əgər bədəndən keçib bütün qan damarlarını düzləşdirsəniz, 60.000 ilə 70.000 mil məsafəni qət edərsiniz, bu da ekvator ətrafında iki dəfə məsafədir" dedi..O əlavə edib ki, bu qan damarlarının yalnız 1 faizi virusun hücumuna məruz qalarsa, qan axını və oksigeni udmaq qabiliyyəti pozulacaq ki, bu da bütün orqan üçün dağıdıcı nəticələrə səbəb ola bilər.
Jonigk və Ackermann COVID-19-un qan damarlarına təsirini başa düşdükdən sonra zərəri daha yaxşı başa düşmək lazım olduğunu başa düşdülər.
CT taramaları kimi tibbi rentgen şüaları bütün orqanların görünüşünü təmin edə bilər, lakin onlar kifayət qədər yüksək dəqiqliyə malik deyillər.Biopsiya elm adamlarına toxuma nümunələrini mikroskop altında araşdırmaq imkanı verir, lakin əldə edilən şəkillər bütün orqanın yalnız kiçik bir hissəsini təmsil edir və COVID-19-un ağciyərlərdə necə inkişaf etdiyini göstərə bilmir.Komandanın hazırladığı qatran texnikası nümunəni məhv edən və sonrakı tədqiqatları məhdudlaşdıran toxumanın həllini tələb edir.
"Günün sonunda [ağciyərlər] oksigen alır və karbon dioksid çıxır, lakin bunun üçün çox incə məsafədə minlərlə mil qan damarları və kapilyarlara malikdir ... bu, demək olar ki, bir möcüzədir" dedi Jonigk, təsisçi. Alman Ağciyər Araşdırmaları Mərkəzinin baş müstəntiqi."Beləliklə, orqanları məhv etmədən COVID-19 kimi mürəkkəb bir şeyi necə qiymətləndirə bilərik?"
Jonigk və Ackermann-a görünməmiş bir şey lazım idi: tədqiqatçılara orqanın hissələrini hüceyrə ölçüsünə qədər böyütməyə imkan verən eyni orqanın bir sıra rentgen şüaları.2020-ci ilin mart ayında alman dueti uzun müddətdir əməkdaşları, material alimi və UCL-də inkişaf etməkdə olan texnologiyaların sədri Peter Li ilə əlaqə saxladılar.Linin ixtisası güclü rentgen şüalarından istifadə edərək bioloji materialların öyrənilməsidir, ona görə də onun fikirləri dərhal Fransız Alp dağlarına yönəldi.
Avropa Sinxrotron Radiasiya Mərkəzi Qrenoblun şimal-qərb hissəsində, iki çayın qovuşduğu yerin üçbucaqlı hissəsində yerləşir.Obyekt elektronları təxminən işıq sürəti ilə yarım mil uzunluğunda dairəvi orbitlərdə göndərən hissəcik sürətləndiricisidir.Bu elektronlar dairələrdə fırlandıqca, orbitdəki güclü maqnitlər hissəciklər axınını əyərək elektronların dünyanın ən parlaq rentgen şüalarını buraxmasına səbəb olur.
Bu güclü radiasiya ESRF-yə mikrometr və hətta nanometr miqyaslı obyektlərə casusluq etməyə imkan verir.Çox vaxt ərintilər və kompozitlər kimi materialları öyrənmək, zülalların molekulyar quruluşunu öyrənmək və hətta daşı sümükdən ayırmadan qədim fosilləri yenidən qurmaq üçün istifadə olunur.Ackermann, Jonigk və Lee nəhəng alətdən insan orqanlarının dünyanın ən detallı rentgenoqrafiyasını çəkmək üçün istifadə etmək istəyirdilər.
ESRF-dəki işi sinxrotron skanının görə biləcəyi sərhədləri itələmiş Taforoya daxil olun.Onun təsir edici hiylələri əvvəllər elm adamlarına dinozavr yumurtalarının içinə baxmağa və açıq mumiyaları az qala kəsməyə imkan vermişdi və demək olar ki, dərhal Taforo sinxrotronların nəzəri olaraq bütün ağciyər loblarını yaxşı skan edə biləcəyini təsdiqlədi.Amma əslində, bütün insan orqanlarının skan edilməsi böyük bir problemdir.
Bir tərəfdən müqayisə problemi var.Standart rentgen şüaları müxtəlif materialların nə qədər radiasiya udduğuna əsaslanaraq şəkillər yaradır, daha ağır elementlər daha yüngül olanlardan daha çox udur.Yumşaq toxumalar əsasən yüngül elementlərdən - karbon, hidrogen, oksigen və s.-dən ibarətdir, buna görə də klassik tibbi rentgendə aydın görünmürlər.
ESRF-nin ən gözəl cəhətlərindən biri onun rentgen şüasının çox əlaqəli olmasıdır: işıq dalğalarda yayılır və ESRF vəziyyətində onun bütün rentgen şüaları eyni tezlikdə və düzülmədə başlayır, ayaq izləri kimi daim salınır. bir zen bağı vasitəsilə Reik tərəfindən.Lakin bu rentgen şüaları obyektdən keçdikcə, sıxlıqdakı incə fərqlər hər bir rentgen şüasının yoldan bir qədər kənara çıxmasına səbəb ola bilər və rentgen şüaları obyektdən uzaqlaşdıqca fərqi aşkar etmək asanlaşır.Bu kənarlaşmalar, hətta yüngül elementlərdən ibarət olsa belə, obyekt daxilində incə sıxlıq fərqlərini aşkar edə bilər.
Amma sabitlik başqa məsələdir.Bir sıra böyüdülmüş rentgen şüalarını çəkmək üçün orqan millimetrin mində birindən çox əyilməməsi və hərəkət etməməsi üçün təbii formada sabitlənməlidir.Üstəlik, eyni orqanın ardıcıl rentgen şüaları bir-birinə uyğun gəlməyəcək.Bununla belə, bədənin çox çevik ola biləcəyini söyləməyə ehtiyac yoxdur.
Li və UCL-dəki komandası sinxrotron rentgen şüalarına tab gətirə bilən və mümkün qədər çox dalğanın keçməsinə imkan verən qablar dizayn etməyi qarşısına məqsəd qoymuşdu.Li, həmçinin layihənin ümumi təşkili ilə məşğul oldu - məsələn, Almaniya və Fransa arasında insan orqanlarının daşınmasının təfərrüatları - və skanların necə təhlil ediləcəyini anlamaq üçün biotibbi böyük məlumatlarda ixtisaslaşmış Uolşu işə götürdü.Fransaya qayıdarkən Taforonun işinə skan prosedurunu təkmilləşdirmək və Linin komandasının hazırladığı konteynerdə orqanın necə saxlanacağını öyrənmək daxildir.
Tafforo bilirdi ki, orqanların parçalanmaması və təsvirlərin mümkün qədər aydın olması üçün onları bir neçə hissə sulu etanolla emal etmək lazımdır.O, həmçinin orqanın sıxlığına tam uyğun gələn bir şey üzərində orqanı sabitləşdirməli olduğunu bilirdi.Onun planı hansısa yolla orqanları dəniz yosunlarından çıxarılan jeleyə bənzər bir maddə olan etanolla zəngin agarda yerləşdirmək idi.
Bununla belə, şeytan təfərrüatlardadır - Avropanın əksəriyyətində olduğu kimi, Taforo da evdə ilişib və kilidlənir.Beləliklə, Taforo tədqiqatını ev laboratoriyasına köçürdü: O, illərlə keçmiş orta ölçülü mətbəxi 3D printerlər, əsas kimya avadanlıqları və anatomik tədqiqatlar üçün heyvan sümüklərini hazırlamaq üçün istifadə olunan alətlərlə bəzədib.
Taforo, agarın necə hazırlanacağını anlamaq üçün yerli ərzaq mağazasının məhsullarından istifadə etdi.O, hətta bu yaxınlarda təmizlədiyi damdan fırtına suyunu toplayır, laboratoriya səviyyəli agar formullarının standart tərkib hissəsi olan demineralizasiya olunmuş suyu hazırlayır.Ağarda orqanların qablaşdırılması ilə məşğul olmaq üçün o, yerli kəsimxanadan donuz bağırsaqlarını götürüb.
Taforo, may ayının ortalarında donuzların ilk sınaq ağciyər taraması üçün ESRF-ə qayıtmaq üçün təmizləndi.Maydan iyun ayına qədər o, Ackermann və Jonig Almaniyadan Qrenobla apardıqları COVID-19-dan ölən 54 yaşlı kişinin sol ağciyər hissəsini hazırladı və skan etdi.
"İlk şəkli görəndə e-poçtumda layihədə iştirak edən hər kəsə üzrxahlıq məktubu var idi: uğursuz olduq və yüksək keyfiyyətli skan edə bilmədim" dedi."Mən onlara sadəcə mənim üçün dəhşətli, lakin onlar üçün əla olan iki şəkil göndərdim."
Los-Ancelesdəki Kaliforniya Universitetindən Li üçün görüntülər heyrətamizdir: bütün orqan təsvirləri standart tibbi CT taramalarına bənzəyir, lakin “bir milyon dəfə daha çox məlumatlandırıcıdır”.Kəşfiyyatçı sanki ömrü boyu meşəni tədqiq edir, ya nəhəng reaktiv təyyarə ilə meşənin üzərindən uçur, ya da cığırla səyahət edir.İndi onlar qanadlı quşlar kimi tavanın üstündə uçurlar.
Komanda 2021-ci ilin noyabrında HiP-CT yanaşmasının ilk tam təsvirini dərc etdi və tədqiqatçılar həmçinin COVID-19-un ağciyərlərdə müəyyən dövriyyə növlərinə necə təsir etdiyi barədə təfərrüatları açıqladılar.
Skanlamanın gözlənilməz faydası da oldu: tədqiqatçılara dostları və ailəni peyvənd almağa inandırmağa kömək etdi.COVID-19-un ağır vəziyyətlərində ağciyərlərdə bir çox qan damarları genişlənmiş və şişmiş görünür və daha az dərəcədə kiçik qan damarlarının anormal dəstələri əmələ gələ bilər.
Tafolo, "COVİD-dən ölən bir insanın ağciyərinin quruluşuna baxdığınız zaman ağciyərə bənzəmir - bu, qarışıqlıqdır" dedi.
O, əlavə edib ki, hətta sağlam orqanlarda belə, skanlar heç vaxt qeydə alınmayan incə anatomik xüsusiyyətləri üzə çıxarıb, çünki heç bir insan orqanı bu qədər ətraflı müayinə olunmayıb.Chan Zuckerberg Təşəbbüsündən (Facebook-un baş direktoru Mark Zukerberq və Zukerberqin həyat yoldaşı, həkim Priscilla Çan tərəfindən yaradılmış qeyri-kommersiya təşkilatı) 1 milyon dollardan çox maliyyə vəsaiti ilə HiP-CT komandası hazırda insan orqanlarının atlası adlanan şeyi yaradır.
İndiyə qədər komanda Almaniyada COVID-19 yarılma zamanı Ackermann və Jonigk tərəfindən bağışlanan orqanlara və sağlamlıq "nəzarət" orqanı LADAF-a əsaslanaraq, beş orqanın - ürək, beyin, böyrəklər, ağciyərlər və dalağın skanlarını yayımladı.Qrenobl anatomik laboratoriyası.Komanda internetdə sərbəst mövcud olan məlumatlar əsasında məlumatları, eləcə də uçuş filmlərini hazırladı.İnsan Orqanları Atlası sürətlə genişlənir: daha 30 orqan skan edilib, daha 80-i isə müxtəlif hazırlıq mərhələsindədir.Li dedi ki, 40-a yaxın müxtəlif tədqiqat qrupu yanaşma haqqında daha çox öyrənmək üçün komanda ilə əlaqə saxladı.
UCL kardioloqu Kuk əsas anatomiyanı başa düşmək üçün HiP-CT istifadə etməkdə böyük potensial görür.Ağciyər xəstəlikləri üzrə ixtisaslaşmış UCL radioloqu Joe Jacob, HiP-CT-nin xüsusilə qan damarları kimi üç ölçülü strukturlarda "xəstəliyi anlamaq üçün əvəzolunmaz" olacağını söylədi.
Hətta sənətçilər də davaya girdilər.Londonda yerləşən eksperimental sənət kollektivindən Barney Steele deyir ki, o, HiP-CT məlumatlarının immersiv virtual reallıqda necə tədqiq oluna biləcəyini fəal şəkildə araşdırır."Əsasən, biz insan bədəni ilə səyahət yaradırıq" dedi.
Ancaq HiP-CT-nin bütün vədlərinə baxmayaraq, ciddi problemlər var.Birincisi, Uolş deyir ki, HiP-CT taraması orqan başına asanlıqla bir terabayt olan "məcburi miqdarda məlumat" yaradır.Klinisyenlərə bu skanlardan real dünyada istifadə etməyə imkan vermək üçün tədqiqatçılar insan orqanizmi üçün Google Maps kimi onların naviqasiyası üçün bulud əsaslı interfeys hazırlamağa ümid edirlər.
Onlar həmçinin skanları işlək 3D modellərə çevirməyi asanlaşdırmalı idilər.Bütün CT tarama üsulları kimi, HiP-CT də müəyyən bir obyektin çoxlu 2D dilimlərini götürərək və onları bir yerə yığmaqla işləyir.Bu gün belə, bu prosesin çoxu əl ilə həyata keçirilir, xüsusən də anormal və ya xəstə toxuma skan edərkən.Li və Uolş deyirlər ki, HiP-CT komandasının prioriteti bu işi asanlaşdıra biləcək maşın öyrənmə metodlarını inkişaf etdirməkdir.
İnsan orqanlarının atlası genişləndikcə və tədqiqatçılar daha iddialı olduqca bu problemlər genişlənəcək.HiP-CT komandası layihənin orqanlarının skanını davam etdirmək üçün BM18 adlı ən son ESRF şüa cihazından istifadə edir.BM18 daha böyük rentgen şüası istehsal edir ki, bu da skan etmənin daha az vaxt tələb etməsi deməkdir və BM18 rentgen detektoru skan edilən obyektdən 125 fut (38 metr) məsafədə yerləşdirilə bilər ki, bu da skaneri daha aydın edir.Yeni sistemdə bəzi orijinal İnsan Orqan Atlası nümunələrini yenidən skan edən Taforo deyir ki, BM18 nəticələri artıq çox yaxşıdır.
BM18 çox böyük obyektləri də skan edə bilir.Yeni qurğu ilə komanda 2023-cü ilin sonuna qədər insan bədəninin bütün gövdəsini bir zərbə ilə skan etməyi planlaşdırır.
Texnologiyanın böyük potensialını araşdıran Taforo, "Biz həqiqətən başlanğıcdayıq" dedi.
© 2015-2022 National Geographic Partners, LLC.Bütün hüquqlar qorunur.