Ilana ọlọjẹ tuntun n ṣe agbejade awọn aworan pẹlu awọn alaye nla ti o le ṣe iyipada iwadi ti anatomi eniyan.
Nigbati Paul Taforo rii awọn aworan idanwo akọkọ rẹ ti awọn olufaragba ina COVID-19, o ro pe o ti kuna.Onimọ nipa imọ-jinlẹ nipa ikẹkọ, Taforo lo awọn oṣu ṣiṣẹ pẹlu awọn ẹgbẹ kọja Yuroopu lati yi awọn accelerators patikulu ni Alps Faranse sinu awọn irinṣẹ ọlọjẹ iṣọtẹ.
O wa ni opin May 2020, ati pe awọn onimo ijinlẹ sayensi ni itara lati loye daradara bi COVID-19 ṣe pa awọn ara eniyan run.A fi aṣẹ fun Taforo lati ṣe agbekalẹ ọna ti o le lo awọn ina-X-ray ti o ni agbara giga ti a ṣe nipasẹ European Synchrotron Radiation Facility (ESRF) ni Grenoble, France.Gẹgẹbi onimọ-jinlẹ ESRF, o ti ti awọn aala ti awọn egungun x-ray ti o ga ti awọn fossils apata ati awọn mummies ti o gbẹ.Bayi o bẹru ti rirọ, ibi-ipamọ ti awọn aṣọ inura iwe.
Awọn aworan ṣe afihan wọn ni awọn alaye diẹ sii ju eyikeyi ọlọjẹ CT ti iṣoogun ti wọn ti rii tẹlẹ, gbigba wọn laaye lati bori awọn ela agidi ni bii awọn onimọ-jinlẹ ati awọn dokita ṣe fojuwo ati loye awọn ẹya ara eniyan."Ninu awọn iwe-ẹkọ anatomi, nigbati o ba ri i, o jẹ iwọn nla, o jẹ iwọn kekere, ati pe wọn jẹ awọn aworan ti o ni ọwọ ti o dara fun idi kan: wọn jẹ awọn itumọ iṣẹ ọna nitori a ko ni awọn aworan," University College London (UCL) ) sọ..Oluwadi agba Claire Walsh sọ."Fun igba akọkọ a le ṣe ohun gidi."
Taforo ati Walsh jẹ apakan ti ẹgbẹ kariaye ti diẹ sii ju awọn oniwadi 30 ti o ṣẹda ilana ọlọjẹ X-ray tuntun ti o lagbara ti a pe ni Hierarchical Phase Contrast Tomography (HiP-CT).Pẹ̀lú rẹ̀, wọ́n lè lọ nígbẹ̀yìngbẹ́yín láti inú ẹ̀yà ara ẹ̀dá ènìyàn pípé sí ojú ìwòye tí ó gbòòrò síi nípa àwọn ohun èlò ẹ̀jẹ̀ tí ó kéré jù lọ tàbí pàápàá àwọn sẹ́ẹ̀lì kọ̀ọ̀kan.
Ọna yii ti n pese oye tuntun tẹlẹ si bii COVID-19 ṣe bajẹ ati ṣe atunṣe awọn ohun elo ẹjẹ ninu ẹdọforo.Botilẹjẹpe awọn asesewa igba pipẹ rẹ nira lati pinnu nitori ko si nkankan bii HiP-CT ti wa tẹlẹ tẹlẹ, awọn oniwadi ni itara nipasẹ agbara rẹ ni itara n wo awọn ọna tuntun lati loye arun ati maapu anatomi eniyan pẹlu maapu topographic deede diẹ sii.
Onimọ nipa ọkan ninu ọkan ninu ọkan ti UCL Andrew Cooke sọ pe: “Ọpọlọpọ eniyan ni o le yalẹnu pe a ti n kẹkọ nipa anatomi ti ọkan fun awọn ọgọọgọrun ọdun, ṣugbọn ko si iṣọkan lori ilana deede ti ọkan, paapaa ọkan… Awọn sẹẹli iṣan ati bii o ṣe yipada nígbà tí ọkàn-àyà bá lu.”
"Mo ti n duro de gbogbo iṣẹ mi," o sọ.
Ilana HiP-CT bẹrẹ nigbati awọn onimọ-jinlẹ ara ilu Jamani meji dije lati tọpa awọn ipa ijiya ti ọlọjẹ SARS-CoV-2 lori ara eniyan.
Danny Jonigk, onimọ-jinlẹ thoracic ni Ile-iwe Iṣoogun ti Hannover, ati Maximilian Ackermann, onimọ-jinlẹ kan ni Ile-iṣẹ Iṣoogun ti Ile-ẹkọ giga Mainz, wa ni itaniji giga bi awọn iroyin ti ọran dani ti pneumonia bẹrẹ lati tan kaakiri ni Ilu China.Awọn mejeeji ni iriri itọju awọn ipo ẹdọfóró ati mọ lẹsẹkẹsẹ pe COVID-19 jẹ dani.Tọkọtaya naa ṣe aniyan ni pataki nipa awọn ijabọ ti “hypoxia ipalọlọ” ti o jẹ ki awọn alaisan COVID-19 ji ṣugbọn jẹ ki awọn ipele atẹgun ẹjẹ wọn lọ silẹ.
Ackermann ati Jonig fura pe SARS-CoV-2 bakan kọlu awọn ohun elo ẹjẹ ninu ẹdọforo.Nigbati arun na tan si Jamani ni Oṣu Kẹta ọdun 2020, tọkọtaya naa bẹrẹ awọn iwadii ara ẹni lori awọn olufaragba COVID-19.Laipẹ wọn ṣe idanwo idawọle iṣọn-ẹjẹ wọn nipa gbigbe resini sinu awọn ayẹwo tissu ati lẹhinna tu awọ ara sinu acid, nlọ awoṣe deede ti vasculature atilẹba naa.
Lilo ilana yii, Ackermann ati Jonigk ṣe afiwe awọn ara lati ọdọ awọn eniyan ti ko ku lati COVID-19 si awọn ti eniyan ti o ṣe.Wọn rii lẹsẹkẹsẹ pe ninu awọn olufaragba COVID-19, awọn ohun elo ẹjẹ ti o kere julọ ninu ẹdọforo ti yipo ati tun ṣe.Awọn abajade ala-ilẹ wọnyi, ti a tẹjade lori ayelujara ni Oṣu Karun ọdun 2020, fihan pe COVID-19 kii ṣe arun atẹgun ti o muna, ṣugbọn dipo arun iṣan ti o le kan awọn ara jakejado ara.
Ackermann, onimọ-jinlẹ kan lati Wuppertal, Jẹmánì sọ pe “Ti o ba lọ nipasẹ ara ti o si ṣe deede gbogbo awọn ohun elo ẹjẹ, o gba 60,000 si 70,000 maili, eyiti o jẹ ilọpo meji ijinna ni ayika equator.”.O fi kun pe ti o ba jẹ pe 1 ogorun ninu awọn ohun elo ẹjẹ wọnyi ni ọlọjẹ naa kolu, sisan ẹjẹ ati agbara lati gba atẹgun yoo bajẹ, eyiti o le ja si awọn abajade iparun fun gbogbo eto-ara.
Ni kete ti Jonigk ati Ackermann ṣe akiyesi ipa ti COVID-19 lori awọn ohun elo ẹjẹ, wọn rii pe wọn nilo lati loye ibajẹ naa daradara.
X-ray ti iṣoogun, gẹgẹbi awọn ọlọjẹ CT, le pese awọn iwo ti gbogbo awọn ara, ṣugbọn wọn ko ni ipinnu giga to.Biopsy gba awọn onimọ-jinlẹ laaye lati ṣayẹwo awọn ayẹwo ti ara labẹ maikirosikopu kan, ṣugbọn awọn aworan ti o yọrisi jẹ aṣoju apakan kekere ti gbogbo ara ati pe ko le ṣafihan bii COVID-19 ṣe ndagba ninu ẹdọforo.Ati ilana resini ti ẹgbẹ ti o dagbasoke nilo itu iṣan, eyiti o ba ayẹwo jẹ ati pe o ṣe opin si iwadi siwaju sii.
"Ni opin ti awọn ọjọ, [awọn ẹdọforo] gba atẹgun ati erogba oloro jade, ṣugbọn fun awọn ti o, o ni egbegberun km ti ẹjẹ ngba ati capillaries, gan tinrin aaye ... o jẹ fere iyanu," Jonigk, oludasile, wi. oluṣewadii akọkọ ni Ile-iṣẹ Iwadi Lung German.“Nitorinaa bawo ni a ṣe le ṣe iṣiro ohunkan gaan bi eka bi COVID-19 laisi iparun awọn ara?”
Jonigk ati Ackermann nilo nkan ti a ko tii ri tẹlẹ: lẹsẹsẹ awọn egungun x-ray ti ẹya ara kanna ti yoo jẹ ki awọn oniwadi pọ si awọn ẹya ara ti ara si iwọn cellular.Ni Oṣu Kẹta ọdun 2020, duo ara ilu Jamani kan si alabaṣiṣẹpọ igba pipẹ wọn Peter Lee, onimọ-jinlẹ ohun elo ati alaga ti awọn imọ-ẹrọ ti n yọ jade ni UCL.Pataki ti Lee jẹ iwadi ti awọn ohun elo ti ibi nipa lilo awọn egungun X-ray ti o lagbara, nitorinaa awọn ero rẹ yipada lẹsẹkẹsẹ si awọn Alps Faranse.
Ile-iṣẹ Radiation European Synchrotron wa lori ilẹ onigun mẹta ni apa ariwa iwọ-oorun ti Grenoble, nibiti awọn odo meji pade.Nkan naa jẹ ohun imuyara patikulu ti o fi awọn elekitironi ranṣẹ si awọn yipo iyipo ni idaji maili ni gigun ni iyara ina.Bi awọn elekitironi wọnyi ṣe nyi ni awọn iyika, awọn oofa ti o lagbara ti o wa ninu orbit yipo ṣiṣan ti awọn patikulu, ti o nfa ki awọn elekitironi jade diẹ ninu awọn X-ray didan julọ ni agbaye.
Ìtọjú alagbara yii gba ESRF laaye lati ṣe amí lori awọn nkan lori micrometer tabi paapaa iwọn nanometer.Nigbagbogbo a lo lati ṣe iwadi awọn ohun elo bii awọn alloy ati awọn akojọpọ, lati ṣe iwadi ilana molikula ti awọn ọlọjẹ, ati paapaa lati tun awọn fossils atijọ ṣe laisi iyatọ okuta kuro ninu egungun.Ackermann, Jonigk ati Lee fẹ lati lo ohun-elo nla lati mu awọn x-ray ti o ni alaye julọ ni agbaye ti awọn ẹya ara eniyan.
Tẹ Taforo, ẹniti iṣẹ rẹ ni ESRF ti ti ti awọn aala ti ohun ti synchrotron Antivirus le ri.Opo ẹtan ti o yanilenu ti gba awọn onimo ijinlẹ sayensi laaye tẹlẹ lati wo inu awọn ẹyin dinosaur ati pe o fẹrẹ ge awọn mummies ti o ṣii, ati pe lẹsẹkẹsẹ Taforo jẹrisi pe synchrotrons le ṣe ọlọjẹ gbogbo awọn lobes ẹdọfóró daradara.Ṣugbọn ni otitọ, wíwo gbogbo awọn ẹya ara eniyan jẹ ipenija nla kan.
Ni ọna kan, iṣoro ti lafiwe wa.Awọn egungun x-ray deede ṣẹda awọn aworan ti o da lori iye ti itọsi oriṣiriṣi awọn ohun elo fa, pẹlu awọn eroja ti o wuwo ti n fa diẹ sii ju awọn fẹẹrẹfẹ lọ.Awọn tisọ rirọ jẹ pupọ julọ awọn eroja ina — erogba, hydrogen, oxygen, ati bẹbẹ lọ—nitorinaa wọn ko ṣe afihan ni gbangba lori x-ray iṣoogun kan.
Ọkan ninu awọn ohun nla nipa ESRF ni pe ina X-ray rẹ jẹ ibaramu pupọ: ina n rin ni awọn igbi omi, ati ninu ọran ti ESRF, gbogbo awọn egungun X-ray rẹ bẹrẹ ni igbohunsafẹfẹ kanna ati titete, nigbagbogbo oscillating, bi awọn ẹsẹ osi osi. nipasẹ Reik nipasẹ ọgba zen.Ṣugbọn bi awọn X-ray wọnyi ṣe n kọja nipasẹ nkan naa, awọn iyatọ arekereke ninu iwuwo le fa ki X-ray kọọkan yapa diẹ si ọna, ati iyatọ di rọrun lati rii bi awọn egungun X-ray siwaju siwaju si ohun naa.Awọn iyapa wọnyi le ṣe afihan awọn iyatọ iwuwo arekereke laarin ohun kan, paapaa ti o jẹ awọn eroja ina.
Ṣugbọn iduroṣinṣin jẹ ọrọ miiran.Lati le mu lẹsẹsẹ awọn egungun x-ray ti o gbooro, ẹya ara gbọdọ wa ni titọ ni apẹrẹ ti ara rẹ ki o ma ba tẹ tabi gbe diẹ sii ju ẹgbẹẹgbẹrun millimeter lọ.Pẹlupẹlu, awọn egungun x-ray ti o tẹle ti ẹya ara kanna kii yoo baramu ara wọn.Tialesealaini lati sọ, sibẹsibẹ, ara le ni irọrun pupọ.
Lee ati ẹgbẹ rẹ ni UCL ṣe ifọkansi lati ṣe apẹrẹ awọn apoti ti o le ṣe idiwọ awọn egungun X-ray synchrotron lakoko ti o tun jẹ ki ọpọlọpọ awọn igbi nipasẹ bi o ti ṣee.Lee tun ṣe itọju gbogbo eto ti iṣẹ akanṣe-fun apẹẹrẹ, awọn alaye ti gbigbe awọn ẹya ara eniyan laarin Germany ati Faranse-ati bẹwẹ Walsh, ti o ṣe amọja ni data nla biomedical, lati ṣe iranlọwọ lati ṣawari bi o ṣe le ṣe itupalẹ awọn iwoye naa.Pada ni Ilu Faranse, iṣẹ Taforo pẹlu imudara ilana ilana ọlọjẹ ati ṣiṣero bi o ṣe le tọju ẹya ara inu apo eiyan Lee ẹgbẹ ti n kọ.
Tafforo mọ pe ki awọn ara-ara ko ba decompose, ati awọn aworan lati wa ni kedere bi o ti ṣee ṣe, wọn gbọdọ wa ni ilọsiwaju pẹlu ọpọlọpọ awọn ipin ti ethanol olomi.O tun mọ pe o nilo lati mu eto-ara naa duro lori ohun kan ti o baamu gangan iwuwo ti ara.Ètò rẹ̀ ni láti gbé àwọn ẹ̀yà ara náà sínú agar ọlọ́rọ̀ ethanol, ohun tí ó dà bí jelly tí a yọ jáde láti inú ewé òkun.
Sibẹsibẹ, eṣu wa ninu awọn alaye - bi ni julọ ti Europe, Taforo ti di ni ile ati titiipa.Nitorina Taforo gbe iwadi rẹ lọ sinu ile-iṣẹ ile: O lo awọn ọdun pupọ ti o ṣe ọṣọ ile idana ti o ni agbedemeji atijọ pẹlu awọn ẹrọ atẹwe 3D, awọn ohun elo kemistri ipilẹ ati awọn irinṣẹ ti a lo lati pese awọn egungun eranko fun iwadi ti ara.
Taforo lo awọn ọja lati ile itaja itaja agbegbe lati mọ bi o ṣe le ṣe agar.Paapaa o gba omi iji lati orule ti o mọ laipẹ lati ṣe omi ti a ti sọ dimineralized, eroja boṣewa ni awọn agbekalẹ agar-lab-grade.Lati ṣe adaṣe awọn ara iṣakojọpọ ninu agar, o mu awọn ifun ẹlẹdẹ lati ile ipaniyan agbegbe kan.
Taforo ti yọkuro lati pada si ESRF ni aarin-oṣu Karun fun ayẹwo ayẹwo ẹdọfóró akọkọ ti awọn ẹlẹdẹ.Lati Oṣu Karun si Oṣu Karun, o mura ati ṣayẹwo lobe ẹdọfóró osi ti ọkunrin kan ti o jẹ ẹni ọdun 54 ti o ku ti COVID-19, eyiti Ackermann ati Jonig mu lati Jamani si Grenoble.
"Nigbati mo ri aworan akọkọ, lẹta idariji kan wa ninu imeeli mi si gbogbo eniyan ti o ni ipa ninu iṣẹ naa: a kuna ati pe emi ko le gba ọlọjẹ ti o ga julọ," o sọ."Mo kan ranṣẹ si wọn awọn aworan meji ti o jẹ ẹru fun mi ṣugbọn nla fun wọn."
Fun Lee ti Yunifasiti ti California, Los Angeles, awọn aworan jẹ iyalẹnu: awọn aworan ara-ara ni o jọra si awọn iwoye CT iṣoogun ti o ṣe deede, ṣugbọn “igba miliọnu diẹ sii alaye.”Ó dà bí ẹni pé olùṣàwárí náà ti ń kẹ́kọ̀ọ́ igbó náà ní gbogbo ìgbésí ayé rẹ̀, yálà ó ń fò lórí igbó náà nínú ọkọ̀ òfuurufú ńláńlá kan, tàbí tí ó ń rìnrìn àjò lọ síbi ọ̀nà náà.Bayi wọn ga soke lori ibori bi awọn ẹiyẹ lori iyẹ.
Ẹgbẹ naa ṣe atẹjade apejuwe kikun akọkọ wọn ti ọna HiP-CT ni Oṣu kọkanla ọdun 2021, ati pe awọn oniwadi tun tu awọn alaye silẹ lori bii COVID-19 ṣe kan awọn iru kaakiri kan ninu ẹdọforo.
Ayẹwo naa tun ni anfani airotẹlẹ: o ṣe iranlọwọ fun awọn oniwadi ṣe idaniloju awọn ọrẹ ati ẹbi lati gba ajesara.Ni awọn ọran ti o nira ti COVID-19, ọpọlọpọ awọn ohun elo ẹjẹ ninu ẹdọforo han ti o tan ati wiwu, ati ni iwọn diẹ, awọn idii ajeji ti awọn ohun elo ẹjẹ kekere le dagba.
“Nigbati o ba wo eto ti ẹdọfóró lati ọdọ eniyan ti o ku lati COVID, ko dabi ẹdọfóró - o jẹ idotin,” Tafolo sọ.
O fikun pe paapaa ninu awọn ẹya ara ti o ni ilera, awọn ọlọjẹ ṣe afihan awọn ẹya abele ti anatomical ti a ko gba silẹ rara nitori pe ko si ẹya ara eniyan ti a ti ṣe ayẹwo ni iru awọn alaye bẹẹ.Pẹlu diẹ ẹ sii ju $ 1 million ni igbeowosile lati Chan Zuckerberg Initiative (agbari ti kii ṣe èrè ti o da nipasẹ Facebook CEO Mark Zuckerberg ati iyawo Zuckerberg, oniwosan Priscilla Chan), ẹgbẹ HiP-CT n ṣẹda lọwọlọwọ ohun ti a pe ni atlas ti awọn ara eniyan.
Nitorinaa, ẹgbẹ naa ti ṣe ifilọlẹ awọn ọlọjẹ ti awọn ara marun - ọkan, ọpọlọ, awọn kidinrin, ẹdọforo, ati ọlọ - da lori awọn ara ti Ackermann ati Jonigk ṣetọrẹ lakoko autopsy COVID-19 wọn ni Germany ati eto-ara “Iṣakoso” ilera LADAF.Anatomical yàrá ti Grenoble.Ẹgbẹ naa ṣe agbejade data naa, ati awọn fiimu ọkọ ofurufu, da lori data ti o wa larọwọto lori Intanẹẹti.Atlas of Human Organs n pọ si ni iyara: awọn ẹya ara 30 miiran ti ṣayẹwo, ati pe 80 miiran wa ni awọn ipele igbaradi.O fẹrẹ to awọn ẹgbẹ iwadii oriṣiriṣi 40 kan si ẹgbẹ lati ni imọ siwaju sii nipa ọna, Li sọ.
UCL onimọ-ọkan ọkan Cook rii agbara nla ni lilo HiP-CT lati loye anatomi ipilẹ.Oniwosan redio UCL Joe Jacob, ti o ṣe amọja ni arun ẹdọfóró, sọ pe HiP-CT yoo jẹ “iyebiye fun agbọye aarun,” paapaa ni awọn ẹya onisẹpo mẹta gẹgẹbi awọn ohun elo ẹjẹ.
Paapaa awọn oṣere ti wọ inu ija naa.Barney Steele ti London ti o da lori iriri iriri iṣẹ ọna apapọ Marshmallow Laser Feast sọ pe o n ṣe iwadii ni itara bi data HiP-CT ṣe le ṣawari ni otito foju immersive."Ni pataki, a n ṣẹda irin-ajo nipasẹ ara eniyan," o sọ.
Ṣugbọn pelu gbogbo awọn ileri HiP-CT, awọn iṣoro pataki wa.Ni akọkọ, Walsh sọ, ọlọjẹ HiP-CT ṣe ipilẹṣẹ “iye data iyalẹnu,” ni irọrun terabyte kan fun ara-ara kan.Lati gba awọn oniwosan ile-iwosan laaye lati lo awọn iwoye wọnyi ni agbaye gidi, awọn oniwadi nireti lati ṣe agbekalẹ wiwo ti o da lori awọsanma fun lilọ kiri wọn, bii Google Maps fun ara eniyan.
Wọn tun nilo lati jẹ ki o rọrun lati yi awọn ọlọjẹ pada si awọn awoṣe 3D ti o ṣiṣẹ.Bii gbogbo awọn ọna ọlọjẹ CT, HiP-CT n ṣiṣẹ nipa gbigbe ọpọlọpọ awọn ege 2D ti ohun ti a fun ati tito wọn papọ.Paapaa loni, pupọ ninu ilana yii ni a ṣe pẹlu ọwọ, paapaa nigbati o ba n wo ohun ajeji tabi àsopọ ti o ni arun.Lee ati Walsh sọ pe pataki ẹgbẹ HiP-CT ni lati ṣe agbekalẹ awọn ọna ikẹkọ ẹrọ ti o le jẹ ki iṣẹ ṣiṣe rọrun.
Awọn italaya wọnyi yoo faagun bi atlas ti awọn ẹya ara eniyan ti n gbooro ati awọn oniwadi di ifẹ agbara diẹ sii.Ẹgbẹ HiP-CT n lo ẹrọ ESRF tuntun tuntun, ti a npè ni BM18, lati tẹsiwaju ọlọjẹ awọn ara ti iṣẹ akanṣe naa.BM18 ṣe agbejade ina X-ray ti o tobi ju, eyi ti o tumọ si wíwo ọlọjẹ gba akoko diẹ, ati pe oluwari X-ray BM18 le gbe soke si 125 ẹsẹ (mita 38) si ohun ti a ṣe ayẹwo, ti o jẹ ki o ṣawari diẹ sii.Awọn abajade BM18 ti dara pupọ tẹlẹ, ni Taforo sọ, ti o ti ṣe atunwo diẹ ninu awọn ayẹwo Atlas Ẹda Eniyan atilẹba lori eto tuntun.
BM18 tun le ṣayẹwo awọn nkan ti o tobi pupọ.Pẹlu ohun elo tuntun, ẹgbẹ naa ngbero lati ṣe ọlọjẹ gbogbo torso ti ara eniyan ni isubu kan ni ipari 2023.
Ṣiṣawari agbara nla ti imọ-ẹrọ, Taforo sọ pe, “A wa looto ni ibẹrẹ.”
© 2015-2022 National àgbègbè Partners, LLC.Gbogbo awọn ẹtọ wa ni ipamọ.