Istraživači sa UCL i Evropskog instituta za sinhrotronsko zračenje (ESRF) snimili su dva cela srca odraslih, jedno zdravo i jedno bolesno, što je neprocenjiv resurs za bolje razumevanje kardiovaskularnih bolesti.
Studija, objavljena u Radiologiji, predstavlja atlas ljudskog srca koji obuhvata anatomsku strukturu celog organa do 20 mikrometara – pola širine ljudske kose. U određenim oblastima snimanje je urađeno na ćelijskom nivou.
Atlas će olakšati ranije nemoguća istraživanja kako zdravih tako i bolesnih srca, razjašnjavajući anatomske strukture i veze unutar organa, sa potencijalnim primenama u rasponu od poboljšanja lečenja aritmije do stvaranja realističnijih modela za hiruršku obuku.
Kardiovaskularne bolesti su najveći uzrok smrtnosti širom sveta. Ishemijska bolest srca, slabljenje srca uzrokovano smanjenim protokom krvi, samo je bila odgovorna za 8,9 miliona ili 16% smrtnih slučajeva širom sveta u 2019. godini, što je brojka koja je porasla za više od 2 miliona od 2000. godine.
Kliničari obično koriste tehnike snimanja kao što su ultrazvuk, kompjuterska tomografija i magnetna rezonanca za dijagnozu kardiovaskularnih bolesti, ali ove tehnike ne daju detaljne strukturne informacije o tome šta se dešava u organu. Da biste dobili detaljniji prikaz, potrebno je organe iseći na tanke delove za skeniranje, što značajno ograničava vidno polje.
Poslednjih godina, tip akceleratora čestica koji se zove sinhrotron korišćen je za razvoj novih tehnika snimanja koje prevazilaze ova ograničenja. Objavljene su sinhrotronske studije na celim srcima fetusa i malih životinja, mada su ona uvek bila mnogo manja od velikih organa odraslih.
U ovoj studiji, naučnici sa UCL i ESRF koristili su rendgensku tehniku pod nazivom Hijerarhijska fazno-kontrastna tomografija (HiP-CT) da bi snimili dva cela srca odraslih ljudi do skale od 20 mikrometara, pružajući sveobuhvatan i detaljan 3D prikaz ceo organ.
Jedno srce je bilo od 63-godišnjeg belog muškog donora bez poznatog srčanog oboljenja (kontrola), a drugo od 87-godišnje bele žene donora sa ishemijskom bolešću srca, hipertenzijom i atrijalnom fibrilacijom. Ne bi bilo moguće zamisliti srce žive osobe na ovaj način jer bi doza zračenja bila previsoka.
Profesor Peter Lee, stariji autor studije sa UCL Mašinsko inženjerstvo, rekao je: „Atlas koji smo napravili u ovoj studiji je kao da imamo Google Zemlju za ljudsko srce. Omogućava nam da vidimo ceo organ na globalnom nivou, a zatim zumirajte do nivoa ulice da biste pogledali kardiovaskularne karakteristike sa neviđenim detaljima.
„Jedna od glavnih prednosti ove tehnike je to što se postiže potpuni 3D prikaz organa koji je oko 25 puta bolji od kliničkog CT skenera. Osim toga, može da zumira na ćelijski nivo u odabranim oblastima, što je 250 puta bolje , da bismo postigli iste detalje kao što bismo to uradili kroz mikroskop, ali bez sečenja uzorka.
„Mogućnost slikanja čitavih organa kao što je ovaj otkriva detalje i veze koje su ranije bile nepoznate.
Detaljno snimanje sistema srčane provodljivosti, koji generiše i prenosi električne signale koji pokreću pumpnu akciju srčanog mišića, jedan je primer kako će studija uticati na kardiovaskularnu medicinu.
Profesor Endru Kuk, autor studije i anatom srca sa UCL Instituta za kardiovaskularne nauke, rekao je: „Sa današnjom tehnologijom, veoma je teško tačno tumačiti anatomiju osnovnih stanja kao što je aritmija. Dakle, postoji ogroman potencijal da se inspirisati nove tretmane koristeći tehniku snimanja koju smo ovde demonstrirali.
„Verujemo da će naši nalazi pomoći istraživačima da shvate početak abnormalnosti srčanog ritma, kao i efikasnost strategija ablacije da ih izleče. Na primer, sada imamo način da odredimo razlike u debljini tkiva i slojeva masti koji se nalaze između spoljašnjih slojeva. površine srca i zaštitne kese koja okružuje srce, što bi moglo biti relevantno za lečenje aritmije.“
Dok je snimanje dva srca važna prekretnica za kardiovaskularnu medicinu, istraživači kažu da će biti neophodno snimiti više srca kako bi se dobio snažniji osećaj varijacija između pojedinaca, uzimajući u obzir razlike u godinama, polu, etničkoj pripadnosti i progresija bolesti.
Dva srca su snimljena u Evropskom postrojenju za sinhrotronsko zračenje, u kojem se nalazi najsjajniji izvor rendgenskih zraka na svetu, koji se nalazi u Grenoblu, u Francuskoj.
Dr Džozef Brunet, prvi autor studije sa UCL Mašinskog inženjerstva i gostujućeg naučnika ESRF, rekao je: „Prvi put kada vidite srce sa HiP-CT, to je prilično iznenađujuće, jer jasno pokazuje meko tkivo koje nije obično vidljivo sa konvencionalnim Ks -Ovo je moguće samo zbog načina na koji fazni kontrastni rendgenski zraci stupaju u interakciju sa ovim tkivima, kao i zbog visoke energije koju ESRF može da generiše da bi prodrla u ceo organ.
Međutim, ova rezolucija nije bez izazova. Slika za svako srce generisala je 10 terabajta podataka, milion puta više od standardnog CT skeniranja.
Paul Tafforeau, autor studije iz ESRF-a koji je izmislio HiP-CT tehniku, rekao je: „ESRF-ov snop snopova trenutno je jedino mjesto na svijetu gdje se kompletni ljudski organi odraslih mogu snimiti sa tako visokim nivoom kontrasta, i još uvek smo prilično daleko od granica tehnologije. Glavni ograničavajući faktor je obrada veoma velikih podataka koje proizvodi HiP-CT.“
Ovaj rad doprinosi projektu Atlas ljudskih organa, koji ima za cilj da uspostavi otvorenu naučnu bazu podataka o svim ljudskim organima u zdravlju i bolesti. Atlas je dostupan na internetu.
