Жаңы сканерлөө ыкмасы адамдын анатомиясын изилдөөдө төңкөрүш кыла турган майда-чүйдөсүнө чейин сүрөттөрдү чыгарат.
Пол Тафоро өзүнүн биринчи эксперименталдык сүрөттөрүн көргөндө COVID-19 жарыктын курмандыктары ийгиликсиз болду деп ойлоду.Даярдыгы боюнча палеонтолог Тафоро Франциянын Альп тоолорундагы бөлүкчөлөрдүн тездеткичтерин революциялык медициналык сканерлөө инструменттерине айландыруу үчүн Европа боюнча командалар менен бир нече ай иштеген.
Бул 2020-жылдын май айынын аягында болгон жана илимпоздор COVID-19 адамдын органдарын кантип жок кыларын жакшыраак түшүнүүнү каалашкан.Тафорого Франциянын Гренобль шаарындагы Европалык синхротрондук радиациялык мекеме (ESRF) тарабынан өндүрүлгөн жогорку кубаттуу рентген нурларын колдоно турган ыкманы иштеп чыгуу тапшырылган.ESRF окумуштуусу катары, ал тоо тектеринин сөөктөрү менен кургатылган мумиялардын жогорку резолюциядагы рентген нурларынын чектерин жылдырды.Эми ал кагаз сүлгүлөрдүн жумшак, жабышчаак массасынан коркуп кетти.
Сүрөттөр аларга илимпоздор менен дарыгерлердин адам органдарын визуалдаштыруу жана түшүнүүдөгү өжөр боштуктарды жеңүүгө мүмкүндүк берген, мурда көргөн медициналык КТ сканерлерине караганда көбүрөөк деталдарды көрсөттү."Анатомия окуу китептеринде, сиз аны көргөндө, масштабдуу, кичинекей масштабдуу жана алар бир себептен улам кооз колго тартылган сүрөттөр: алар көркөм чечмелөө, анткени бизде сүрөттөр жок", - University College London (UCL) ) деди..Бул тууралуу улук илимий кызматкер Клэр Уолш билдирди."Биринчи жолу биз чыныгы нерсени кыла алабыз."
Тафоро жана Уолш иерархиялык фазалык контрасттык томография (HiP-CT) деп аталган кубаттуу жаңы рентген сканерлөө ыкмасын жараткан 30дан ашык изилдөөчүлөрдөн турган эл аралык топтун бир бөлүгү.Анын жардамы менен алар адамдын толук органынан дененин эң кичинекей кан тамырларынын, ал тургай айрым клеткалардын чоңойгон көрүнүшүнө бара алышат.
Бул ыкма буга чейин эле COVID-19 өпкөдөгү кан тамырларын кантип бузуп жана калыбына келтирери жөнүндө жаңы түшүнүк берет.Анын узак мөөнөттүү келечегин аныктоо кыйын болсо да, HiP-CT сыяктуу эч нерсе мурда болгон эмес, бирок анын потенциалына кубанган изилдөөчүлөр ооруну түшүнүүнүн жана адамдын анатомиясын так топографиялык карта менен картага алуунун жаңы жолдорун шыктануу менен ойлоп жатышат.
UCL кардиологу Эндрю Кук мындай деди: "Көпчүлүк адамдар жүрөктүн анатомиясын жүздөгөн жылдар бою изилдеп жатканыбызга таң калышы мүмкүн, бирок жүрөктүн, өзгөчө жүрөктүн нормалдуу түзүлүшү боюнча консенсус жок ... Булчуң клеткалары жана анын өзгөрүшү жүрөк соккондо».
"Мен бүт карьерамды күттүм" деди ал.
HiP-CT ыкмасы эки немис патологу SARS-CoV-2 вирусунун адам денесине жазалоочу таасирин байкоо үчүн жарышканда башталган.
Ганновер медициналык мектебинин көкүрөк патологу Дэнни Йонгк жана Майнц университетинин медициналык борборунун патологу Максимилиан Акерманн Кытайда пневмониянын адаттан тыш окуясы тууралуу кабар тарай баштаганда, катуу даярдыкта болушкан.Экөө тең өпкө ооруларын дарылоодо тажрыйбага ээ жана COVID-19 адаттан тыш экенин дароо билишкен.Жубайлар өзгөчө COVID-19 бейтаптарын сергек кармап турган, бирок кандагы кычкылтектин деңгээлинин төмөндөшүнө алып келген "унчукпаган гипоксия" жөнүндө кабарларга тынчсызданышкан.
Аккерманн менен Жониг SARS-CoV-2 кандайдыр бир жол менен өпкөдөгү кан тамырларга кол салат деп шектенишет.Оору 2020-жылдын март айында Германияга жайылып кеткенде, жубайлар COVID-19 курмандыктарын союп башташкан.Көп өтпөй алар ткандардын үлгүлөрүнө чайыр сайып, андан кийин тканды кислотада эритип, түп тамыр системасынын так моделин калтырып, кан тамыр гипотезасын сынап көрүштү.
Бул ыкманы колдонуп, Аккерманн жана Йонигк COVID-19дан өлбөгөн адамдардын ткандарын өлгөн адамдар менен салыштырышкан.Алар дароо эле COVID-19 курмандыктарында өпкөдөгү эң кичинекей кан тамырлар буралып, кайра калыбына келтирилгенин көрүштү.2020-жылдын май айында интернетте жарыяланган бул орчундуу жыйынтыктар COVID-19 дем алуу органдарынын оорусу эмес, тескерисинче, бүт денедеги органдарга таасир эте турган кан тамыр оорусу экенин көрсөтүп турат.
Германиянын Вуппертал шаарынан келген патолог Акерманн: «Эгерде денени аралап өтүп, бардык кан тамырларын түздөсөңүз, 60,000-70,000 мильге жетесиз, бул экватордун тегерегиндеги аралыктан эки эсе көп..Ал кошумчалагандай, эгерде бул кан тамырлардын 1 пайызы гана вирустун чабуулуна кабылса, кандын агымы жана кычкылтекти сиңирүү жөндөмү бузулуп, бүт орган үчүн кыйратуучу кесепеттерге алып келиши мүмкүн.
Жонгк менен Акерманн COVID-19нын кан тамырларга тийгизген таасирин түшүнүшкөндөн кийин, алар зыянды жакшыраак түшүнүшү керек экенин түшүнүштү.
КТ сыяктуу медициналык рентген нурлары бүт органдардын көрүнүшүн камсыздай алат, бирок алар жетишерлик жогорку деңгээлде эмес.Биопсия илимпоздорго кыртыш үлгүлөрүн микроскоп астында изилдөөгө мүмкүндүк берет, бирок алынган сүрөттөр бүт органдын кичинекей бөлүгүн гана түзөт жана өпкөдө COVID-19 кантип өнүгүп жатканын көрсөтө албайт.Ал эми команда иштеп чыккан чайыр техникасы кыртышты эритүүнү талап кылат, бул үлгүнү жок кылат жана андан аркы изилдөөлөрдү чектейт.
"Күндүн аягында [өпкө] кычкылтек алат жана көмүр кычкыл газы сыртка чыгат, бирок бул үчүн анын миңдеген миль кан тамырлары жана капиллярлары бар, алар абдан ичке... бул дээрлик керемет", - дейт Йонигк, негиздөөчүсү. Германиянын Өпкө изилдөө борборунун башкы тергөөчүсү."Демек, биз органдарды жок кылбастан, COVID-19 сыяктуу татаал нерсени кантип баалай алабыз?"
Jonigk жана Ackermann үчүн болуп көрбөгөндөй бир нерсе керек болчу: изилдөөчүлөргө органдын бөлүктөрүн клеткалык масштабга көбөйтүүгө мүмкүндүк берген бир эле органдын бир катар рентген нурлары.2020-жылдын март айында немис дуэти алардын көптөн берки кызматташы Питер Ли, материал таануучу жана UCLде өнүгүп келе жаткан технологиялардын төрагасы менен байланышты.Линин өзгөчөлүгү – күчтүү рентген нурларын колдонуу менен биологиялык материалдарды изилдөө, ошондуктан анын ойлору дароо француз Альп тоолоруна бурулду.
Европалык синхротрондук радиациялык борбор Гренобльдун түндүк-батыш бөлүгүндө эки дарыянын кошулган жеринде үч бурчтуу жер тилкесинде жайгашкан.Объект жарым мильге жакын тегерек орбиталарда дээрлик жарык ылдамдыгы менен электрондорду жөнөтүүчү бөлүкчөлөрдүн ылдамдаткычы.Бул электрондор тегерекче айланганда, орбитадагы күчтүү магниттер бөлүкчөлөрдүн агымын бурушуп, электрондор дүйнөдөгү эң жаркыраган рентген нурларын чыгарышат.
Бул күчтүү нурлануу ESRFге микрометр же нанометрдик масштабдагы объекттерди чалгындоого мүмкүндүк берет.Ал көбүнчө эритмелер жана композиттер сыяктуу материалдарды изилдөө үчүн, белоктордун молекулалык түзүлүшүн изилдөө үчүн, ал тургай, ташты сөөктөн ажыратпастан байыркы фоссилдерди калыбына келтирүү үчүн колдонулат.Ackermann, Jonigk жана Lee гиганттык аспапты адам органдарынын дүйнөдөгү эң деталдуу рентген нурларын алуу үчүн колдонууну каалашкан.
Тафорого кириңиз, анын ESRFдеги иши синхротрондук сканерден көрө ала турган чектерди кеңейтти.Анын таасирдүү трюктары мурда илимпоздорго динозавр жумурткаларынын ичин карап чыгууга жана ачык мумияларды кесип салууга мүмкүндүк берген жана Тафоро дээрлик дароо эле синхротрондор теориялык жактан өпкөнүн бүт бөлүктөрүн жакшы сканерлей аларын ырастады.Бирок, чындыгында, адамдын бүт органдарын сканерлөө өтө чоң көйгөй.
Бир жагынан салыштыруу маселеси бар.Стандарттык рентген нурлары ар кандай материалдардын канчалык радиацияны сиңирүүсүнө жараша сүрөттөрдү түзөт, оор элементтер жеңилирээктерине караганда көбүрөөк сиңет.Жумшак ткандар негизинен жеңил элементтерден — көмүртек, суутек, кычкылтек жана башкалардан турат, ошондуктан алар классикалык медициналык рентгенде так көрүнбөйт.
ESRF жөнүндө эң сонун нерселердин бири - анын рентген нуру абдан когеренттүү: жарык толкундар менен тарайт, ал эми ESRF учурда анын бардык рентген нурлары бирдей жыштыкта ​​жана тегиздөөдө башталат, тынымсыз термелүүдө, калган издер сыяктуу Рейк тарабынан дзен бакчасы аркылуу.Бирок бул рентген нурлары объект аркылуу өтүп жатканда, тыгыздыктагы тымызын айырмачылыктар ар бир рентген нурунун жолдон бир аз четтеп кетишине алып келиши мүмкүн жана рентген нурлары объекттен алыстаган сайын айырманы аныктоо оңой болот.Бул четтөөлөр объекттин ичиндеги тымызын тыгыздык айырмачылыктарын ачып бере алат, ал тургай, ал жеңил элементтерден турат.
Бирок стабилдүүлүк башка маселе.Бир катар чоңойтулган рентген нурларын алуу үчүн орган миллиметрдин миңден бир бөлүгүнөн ашык ийилбей же кыймылдабашы үчүн табигый түрдө бекитилиши керек.Болгондо да, бир органдын ырааттуу рентген нурлары бири-бирине дал келбейт.Бирок, дене абдан ийкемдүү болушу мүмкүн экенин айтуунун кереги жок.
Ли жана анын UCLдеги командасы синхротрондук рентген нурларына туруштук бере ала турган контейнерлерди долбоорлоону максат кылышкан, ошол эле учурда мүмкүн болушунча көп толкундарды өткөрүшөт.Ли ошондой эле долбоордун жалпы уюштуруусу менен алектенген, мисалы, Германия менен Франциянын ортосунда адам органдарын ташуу деталдары жана сканерлерди кантип талдоо керектигин аныктоо үчүн биомедициналык чоң маалыматтарга адистешкен Уолшту жалдаган.Францияда Тафоронун иши сканерлөө процедурасын өркүндөтүү жана Линин командасы куруп жаткан контейнерде органды кантип сактоону аныктоону камтыган.
Таффоро органдардын ыдырап кетпеши үчүн жана сүрөттөр мүмкүн болушунча ачык болушу үчүн аларды суулуу этанолдун бир нече порциялары менен иштетүү керектигин билген.Ал ошондой эле органдын тыгыздыгына дал келген нерсе боюнча органды турукташтыруу керек экенин билген.Анын планы кандайдыр бир жол менен органдарды этанолго бай агарга, балырдан алынган желе сымал затка салуу болгон.
Бирок, шайтан майда-чүйдөсүнө чейин - Европанын көпчүлүгүндө болгондой, Тафоро үйдө тыгылып, кулпуланган.Ошентип, Тафоро изилдөөсүн үй лабораториясына өткөрдү: Ал бир нече жылдар бою мурунку орто ашкананы 3D принтерлер, химиялык негизги жабдуулар жана жаныбарлардын сөөктөрүн анатомиялык изилдөөгө даярдоо үчүн колдонулган шаймандар менен кооздогон.
Тафоро жергиликтүү азык-түлүк дүкөнүнүн продуктуларын колдонуп, агарды кантип жасоо керектигин түшүнгөн.Ал тургай, лабораториялык класстагы агар формулаларынын стандарттуу ингредиенти болгон деминералдаштырылган сууну даярдоо үчүн жакында тазалаган чатырдан бороон суусун чогултат.Органдарды агарга таңгактоо үчүн ал жергиликтүү касапканадан чочконун ичегисин алган.
Taforo чочколордун биринчи сыноо өпкө сканерлөө үчүн май айынын ортосунда ESRF кайтып үчүн тазаланган.Майдан июнь айына чейин ал Акерман менен Йониг Германиядан Гренобльге алып кеткен COVID-19дан каза болгон 54 жаштагы кишинин сол өпкөсүн даярдап, сканерден өткөрдү.
"Мен биринчи сүрөттү көргөндө, менин электрондук почтамда долбоорго катышкандардын баарына кечирим суроо каты бар эле: биз ийгиликсиздик жана мен жогорку сапаттагы сканерден өтө албадым" деди ал."Мен аларга мен үчүн коркунучтуу, бирок алар үчүн сонун болгон эки сүрөт жөнөттүм."
Лос-Анжелестеги Калифорния университетинин кызматкери Ли үчүн сүрөттөр таң калыштуу: бүт органдардын сүрөттөрү стандарттык медициналык КТ сканерлерине окшош, бирок "миллион эсе көбүрөөк маалыматтуу".Изилдөөчү өмүр бою токойду изилдеп, же алп реактивдүү самолет менен токойдун үстүнөн учуп жүрүп, же изди бойлоп саякаттап жүргөндөй.Эми алар канаттуу канаттуулардай чатырдын үстүндө учат.
Команда 2021-жылдын ноябрында HiP-CT ыкмасынын биринчи толук сыпаттамасын жарыялады жана изилдөөчүлөр ошондой эле COVID-19 өпкөдөгү кан айлануунун айрым түрлөрүнө кандай таасир этээри жөнүндө маалыматтарды чыгарышты.
Сканердин күтүүсүз пайдасы да бар: ал изилдөөчүлөргө достору менен үй-бүлөсүн эмдөө алууга көндүрүүгө жардам берди.COVID-19нун оор учурларында өпкөдөгү көптөгөн кан тамырлар кеңейип, шишип көрүнөт, азыраак даражада кичинекей кан тамырлардын анормалдуу байламчалары пайда болушу мүмкүн.
"Сиз КОВИДден каза болгон адамдын өпкөсүнүн түзүлүшүн караганыңызда, ал өпкөдөй көрүнбөйт - бул башаламандык", - деди Тафоло.
Ал кошумчалагандай, дени сак органдарда да сканерлер эч качан жазылбаган тымызын анатомиялык өзгөчөлүктөргө ээ болгон, анткени адамдын эч бир органы мынчалык майда-чүйдөсүнө чейин изилденген эмес.Чан Цукерберг демилгесинин (Фейсбуктун башкы директору Марк Цукерберг жана Цукербергдин жубайы, дарыгер Присцилла Чан тарабынан негизделген коммерциялык эмес уюм) 1 миллион доллардан ашык каржылоосу менен HiP-CT командасы учурда адам органдарынын атласын түзүүдө.
Буга чейин команда Германияда COVID-19 аутопсиясы учурунда Акерманн жана Йониг тарабынан берилген органдардын жана LADAF ден соолукту "көзөмөлдөөчү" органдын негизинде беш органдын - жүрөктүн, мээнин, бөйрөктүн, өпкөнүн жана көк боордун сканерлерин чыгарды.Гренобльдеги анатомиялык лаборатория.Команда интернетте эркин жеткиликтүү болгон маалыматтардын негизинде маалыматтарды, ошондой эле учуу тасмаларын чыгарышкан.Адам органдарынын атласы тездик менен кеңейүүдө: дагы 30 орган сканерден өттү, дагы 80 орган ар кандай даярдыкта.Ли мындай деди: 40ка жакын ар кандай изилдөө топтору ыкма тууралуу көбүрөөк билүү үчүн команда менен байланышты.
UCL кардиологу Кук негизги анатомияны түшүнүү үчүн HiP-CT колдонууда чоң мүмкүнчүлүктөрдү көрөт.Өпкө оорулары боюнча адистешкен UCL радиологу Джо Джейкоб, HiP-КТ өзгөчө кан тамырлар сыяктуу үч өлчөмдүү структураларда "ооруну түшүнүү үчүн баа жеткис" болорун айтты.
Атүгүл артисттер да чырга киришти.Лондондо жайгашкан тажрыйбалык искусство жамаатынын Marshmallow Laser Feast өкүлү Барни Стил ал HiP-CT маалыматтарын иммерсивдүү виртуалдык реалдуулукта кантип изилдөөгө болорун жигердүү иликтеп жатканын айтты."Негизи биз адамдын денеси аркылуу саякат жасап жатабыз" деди ал.
Бирок HiP-CT бардык убадаларына карабастан, олуттуу көйгөйлөр бар.Биринчиден, Уолш айтат, HiP-КТ скандоосу ар бир органга оңой эле терабайтка барабар болгон "таң калыштуу көлөмдөгү маалыматтарды" жаратат.Клиниктерге бул сканерлерди реалдуу дүйнөдө колдонууга мүмкүнчүлүк берүү үчүн, изилдөөчүлөр адам денеси үчүн Google Карталар сыяктуу аларды башкаруу үчүн булутка негизделген интерфейсти иштеп чыгууга үмүттөнүшөт.
Алар ошондой эле сканерлерди ишке жарамдуу 3D моделдерге айландырууну жеңилдетүү керек болчу.Бардык КТ сканерлөө ыкмалары сыяктуу, HiP-CT берилген объекттин көптөгөн 2D кесимдерин алып, аларды бириктирүү менен иштейт.Бүгүнкү күндө да бул процесстин көбү кол менен жасалат, өзгөчө анормалдуу же оорулуу ткандарды сканерлөөдө.Ли менен Уолштун айтымында, HiP-CT командасынын приоритети бул тапшырманы жеңилдете турган машинаны үйрөнүү ыкмаларын иштеп чыгуу.
Бул чакырыктар адамдын органдарынын атласы кеңейген сайын жана изилдөөчүлөр дымактуураак болгондон кийин кеңейет.HiP-CT тобу долбоордун органдарын сканерлөө үчүн BM18 деп аталган эң акыркы ESRF нур аппаратын колдонууда.BM18 чоңураак рентген нурун чыгарат, бул сканерлөө азыраак убакытты талап кылат жана BM18 рентген детекторун сканирленип жаткан объектиден 125 фут (38 метр) алыстыкта ​​жайгаштырса болот, бул аны сканирлөөнүн таза болушуна шарт түзөт.BM18 натыйжалары буга чейин эле абдан жакшы, дейт Тафоро, ал жаңы системада Адам органынын атласынын баштапкы үлгүлөрүнүн айрымдарын кайра карап чыккан.
BM18 өтө чоң объекттерди да сканерлей алат.Жаңы объект менен команда 2023-жылдын аягына чейин адамдын денесинин бүт тулкусун бир кадам менен сканерлемекчи.
Технологиянын эбегейсиз потенциалын изилдеп жатып, Тафоро: "Биз чындыгында эле башында турабыз" деди.
© 2015-2022 National Geographic Partners, LLC.Бардык укуктар корголгон.