Výskumný super röntgen funguje ako 3D mikroskop

Metódy zobrazovania vnútra ľudského tela sa postupne vyvíjajú. Od prvých röntgenov, ktoré svietili na človeka 30 minút pre jednu snímku, cez počítačovú tomografiu (CT), magnetickú rezonanciu (MRI) a mnohé ďalšie, sme prešli dlhú cestu. To, čo vám opíšem dnes, je stále tak trochu sci-fi. Osobne som z toho ale fakt nadšená!

Teraz pár pojmov pre čítajúcich fyzikov, ktorí sa z toho zrejme vysomária, ostatní sa netrápte: rozprávanie bude o experimentálnej, novej tomografii využívajúcej hierarchický fázový kontrast (hierarchical phase-contrast tomography, HiP-CT), pri ktorej použili takzvaný extrémne jasný zdroj röntgenových lúčov (Extremely Brilliant Source, EBS), čo je výsledok projektu Európskeho zariadenia pre synchrotrónové žiarenie (European Synchrotron Radiation Facility, ESRF). Koniec neznámych pojmov, vráťme sa do ľudskej reči.

Výskumný super röntgen

Zjednodušene ide o nové, drahé, jedinečné, mega intenzívne röntgenové žiarenie použité v spojení s počítačom a 3D zobrazovacími technikami.

Technikou HiP-CT v novom výskume zo 4.11.2021 preskúmali päť orgánov – mozog, pľúca, srdce, obličku a slezinu. Neožarovali celého človeka. Orgány pochádzali z pitvy a museli byť fixované formalínom, odvodnené etanolom a zaliate do agarovo-etanolového želé a žiarenie na nich pôsobilo asi tak 16 hodín. Takže nič vhodné pre diagnostiku živého človeka.

Skenovanie HiP-CT prebieha hierarchicky od najväčšieho po najmenšie, teda od 25 µm, cez cca 6 µg a až na 1.3 µm/na voxel; voxel je častica objemu v 3D mriežke (niečo ako pixel, ale v 3D).

Touto technikou sa im podarilo zobraziť najjemnejšie detaily pľúcneho tkaniva. Nielen pľúcne mechúriky (alveoly), ale aj kapiláry v pľúcach a dokonca tenkú membránku v alveoloch, ktorá mala hrúbku asi 5 µm.

Prečo je to také úžasné?

Naše orgány sa skladajú z mnohých typov buniek a pre funkciu ktoréhokoľvek orgánu je podstatné, ako sú bunky rozložené, koľko je medzi nimi medzibunkovej hmoty, aké sú medzi nimi spojenia…

To všetko vieme z mikroskopických preparátov, ktoré sú však takmer 2D. Aby svetelné lúče (svetelný mikroskop) či elektróny (transmisný elektrónový mikroskop) prešli tkanivom, musí byť rez veľmi tenký, preto „takmer“ 2D. 3D štruktúru tkaniva si vieme odvodiť vďaka sériovým rezom.

HiP-CT nám umožnilo vidieť tieto mikroskopické štruktúry rovno v 3D. V článku ponúkajú aj 2D obrázky z miest, ktoré potom zafarbili štandardnými technikami pre svetelnú mikroskopiu (hematoxylín a eozín). A keďže ja som mikroskopiu milovala vlastne už od základnej školy, pre mňa sú to dych berúce obrázky. Čitateľom, čo nevidia v mikroskopických obrazoch abstraktné umenie vrelo odporúčam prekliknúť na článok a pozrieť sa na fotografie.

Pľúca COVID-19 v 3D HiP-CT

No a keď už mali túto techniku, pozreli sa aj, ako vyzerajú pľúca pacienta, ktorý zomrel na COVID-19. HiP-CT potvrdil to, čo už vieme o COVID-19 pľúcach z klasickej mikroskopie a pridal niečo nové.

Za normálnych okolností sú pľúcne mechúriky tenučké, aby bola čo najmenšia bariéra medzi vzduchom a krvou v kapilárach. Pri COVID-19, ale podobne je to aj pri iných vírusových zápaloch pľúc, sa tkanivo rozpadáva, mechúriky sú vyplnené iným materiálom než vzduchom (často tekutina zápalového pôvodu), ich stena zhrubne pre zápalové zmeny a všade sa nakopia biele krvinky. Cez toľké prekážky má potom kyslík problém sa predrať k svojmu cieľu, teda do krvi. Potom je ho málo pre ostatné orgány, čo môže viesť ich nezvratnému poškodeniu a k smrti.

To, čo k nášmu poznaniu pridalo HiP-CT je preskúmanie odlišných častí pľúc naraz. Infekcia SARS-CoV-2 totiž nepostihuje celé pľúca rovnako. HiP-CT zobrazilo časti výrazne odlišnou mierou postihnutia. Ukázalo napríklad to, že časti, ktoré sú viac prepojené, sú viac postihnuté. Ďalej sa chcú autori článku zamerať na skúmanie ostatných orgánov, čo by nám mohlo pomôcť túto chorobu lepšie pochopiť.

Úžasný potenciál

Sú to prvé takéto výsledky, no aj tak som z nich nadšená! Najmä keď si uvedomím, aký pokrok môžu ešte priniesť nášmu poznaniu ľudského tela. Od prvých Galénových pitiev zvierat, cez Vesaliovu anatómiu, Leeuwenhoekovu úchvatnú mikroskopiu sme prešli veľkú cestu a ako vidno, stále sa máme o ľudskom tele čo dozvedieť.