Táirgeann teicníocht scanadh nua íomhánna le mionsonraí móra a d'fhéadfadh an staidéar ar anatamaíocht daonna a réabhlóidiú.
Nuair a chonaic Paul Taforo a chéad íomhánna turgnamhacha d’íospartaigh solais COVID-19, cheap sé gur theip air.Is paleontologist é faoi oiliúint, agus chaith Taforo míonna ag obair le foirne ar fud na hEorpa chun luasairí cáithníní sna hAlpa Francacha a iompú ina n-uirlisí réabhlóideacha scanadh leighis.
Ba ag deireadh mhí na Bealtaine 2020 a bhí sé, agus bhí fonn ar eolaithe tuiscint níos fearr a fháil ar an gcaoi a scriosann COVID-19 orgáin dhaonna.Coimisiúnaíodh Taforo chun modh a fhorbairt a d'fhéadfadh úsáid a bhaint as na X-ghathanna ardchumhachta a tháirgeann an tSaoráid Radaíochta Synchrotron Eorpach (ESRF) i Grenoble, an Fhrainc.Mar eolaí ESRF, bhrúigh sé teorainneacha x-ghathanna ardtaifigh iontaisí carraige agus mummies triomaithe.Anois bhí faitíos air roimh mhais bhog, ghreamaitheach na dtuáillí páipéir.
Thaispeáin na híomhánna níos sonraí dóibh ná aon scanadh CT leighis a chonaic siad riamh roimhe seo, rud a chuir ar a gcumas bearnaí dochta a shárú sa chaoi a ndéanann eolaithe agus dochtúirí orgáin dhaonna a fheiceáil agus a thuiscint.“I téacsleabhair anatamaíochta, nuair a fheiceann tú é, tá sé ar scála mór, ar scála beag, agus is íomhánna áille lámhdhéanta iad ar chúis amháin: is léirmhínithe ealaíne iad toisc nach bhfuil íomhánna againn,” University College London (UCL ) a dúirt..a dúirt an Taighdeoir Sinsearach Claire Walsh.“Don chéad uair is féidir linn an rud fíor a dhéanamh.”
Tá Taforo agus Walsh mar chuid d’fhoireann idirnáisiúnta de níos mó ná 30 taighdeoir a chruthaigh teicníc scanadh X-gha cumhachtach nua ar a dtugtar Tomagrafaíocht Codarsnachta Céime Ordlathach (HiP-CT).Leis, is féidir leo dul ar deireadh ó orgán daonna iomlán go dtí radharc méadaithe ar na soithigh fola is lú de chuid an chomhlachta nó fiú cealla aonair.
Tá an modh seo ag tabhairt léargas nua cheana féin ar an gcaoi a ndéanann COVID-19 damáiste agus athmhúnlú soithigh fola sna scamhóga.Cé go bhfuil sé deacair a hionchais fadtéarmacha a chinneadh toisc nach bhfuil aon rud cosúil le HiP-CT ann riamh, tá taighdeoirí ar bís lena acmhainneacht ag féachaint go díograiseach ar bhealaí nua chun galar a thuiscint agus anatamaíocht daonna a mhapáil le léarscáil topagrafach níos cruinne.
Dúirt an Cairdeolaí UCL Andrew Cooke: “B’fhéidir go mbeadh ionadh ar fhormhór na ndaoine go bhfuil staidéar á dhéanamh againn ar anatamaíocht an chroí leis na céadta bliain, ach níl aon chomhdhearcadh ar ghnáthstruchtúr an chroí, go háirithe an croí … Cealla matán agus mar a athraíonn sé. nuair a bhuaileann an croí."
“Tá mé ag fanacht le mo ghairm bheatha ar fad,” a dúirt sé.
Cuireadh tús le teicníc HiP-CT nuair a chuaigh beirt phaiteolaithe Gearmánacha san iomaíocht chun éifeachtaí pionósacha an víris SARS-CoV-2 ar chorp an duine a rianú.
Bhí Danny Jonigk, paiteolaí chliabhraigh ag Scoil Leighis Hannover, agus Maximilian Ackermann, paiteolaí ag Ionad Leighis na hOllscoile Mainz, ar an airdeall nuair a thosaigh an scéala faoin gcás neamhghnách niúmóine ag scaipeadh sa tSín.Bhí taithí ag an mbeirt ar riochtaí scamhóg a chóireáil agus bhí a fhios acu láithreach go raibh COVID-19 neamhghnách.Bhí imní ar leith ar an lánúin faoi thuairiscí “hypoxia adh” a choinnigh othair COVID-19 ina ndúiseacht ach a d’fhág gur thit a leibhéil ocsaigine fola.
Tá amhras ar Ackermann agus Jonig go n-ionsaíonn SARS-CoV-2 na soithigh fola sna scamhóga ar bhealach éigin.Nuair a scaipeadh an galar go dtí an Ghearmáin i mí an Mhárta 2020, chuir an lánúin tús le huathopsies ar íospartaigh COVID-19.Rinne siad tástáil ar a hipitéis soithíoch go luath trí roisín a instealladh isteach i samplaí fíocháin agus ansin an fíochán a thuaslagadh in aigéad, rud a fhágann múnla cruinn den bhunsoithíoch.
Ag baint úsáide as an teicníc seo, rinne Ackermann agus Jonigk comparáid idir fíocháin ó dhaoine nach bhfuair bás de COVID-19 leo siúd ó dhaoine a fuair bás.Chonaic siad láithreach in íospartaigh COVID-19, go ndearnadh na soithigh fola is lú sna scamhóga a chasadh agus a atógáil.Léiríonn na torthaí suntasacha seo, a foilsíodh ar líne i mBealtaine 2020, nach galar riospráide go docht é COVID-19, ach gur galar soithíoch é a d’fhéadfadh dul i bhfeidhm ar orgáin ar fud an choirp.
“Má théann tú tríd an gcorp agus má ailíníonn tú na soithigh fola go léir, faigheann tú 60,000 go 70,000 míle, atá dhá oiread an fad timpeall an mheánchiorcail,” a dúirt Ackermann, paiteolaí ó Wuppertal, an Ghearmáin..Dúirt sé freisin mura n-ionsódh an víreas ach 1 faoin gcéad de na soithigh fola seo, go gcuirfí isteach ar shreabhadh na fola agus ar an gcumas ocsaigine a ionsú, rud a d’fhéadfadh iarmhairtí millteach a bheith mar thoradh ar an orgán iomlán.
Nuair a thuig Jonigk agus Ackermann tionchar COVID-19 ar shoithí fola, thuig siad go raibh gá leo an damáiste a thuiscint níos fearr.
Is féidir le x-ghathanna leighis, cosúil le scananna CT, radharcanna a sholáthar ar na horgáin iomlána, ach níl siad ardtaifeach go leor.Ligeann bithóipse d’eolaithe samplaí fíocháin a scrúdú faoi mhicreascóp, ach ní léiríonn na híomhánna a eascraíonn as seo ach cuid bheag den orgán iomlán agus ní féidir leo a thaispeáint conas a fhorbraíonn COVID-19 sna scamhóga.Agus éilíonn an teicníc roisín a d'fhorbair an fhoireann an fíochán a thuaslagadh, rud a scriosann an sampla agus a chuireann srian le tuilleadh taighde.
“Ag deireadh an lae, faigheann [na scamhóga] ocsaigin agus téann dé-ocsaíd charbóin amach, ach chuige sin, tá na mílte míle soithigh fola agus ribeadáin ann, spásanna an-tanaí… is míorúilt beagnach é,” a dúirt bunaitheoir Jonigk. príomhimscrúdaitheoir ag Ionad Taighde Scamhóg na Gearmáine.“Mar sin conas is féidir linn rud éigin chomh casta le COVID-19 a mheas i ndáiríre gan orgáin a scriosadh?”
Bhí rud éigin gan fasach ag teastáil ó Jonigk agus Ackermann: sraith x-ghathanna den orgán céanna a chuirfeadh ar chumas na dtaighdeoirí codanna den orgán a mhéadú go scála ceallacha.I mí an Mhárta 2020, chuaigh an duo Gearmánach i dteagmháil lena gcomhoibrí fadtréimhseach Peter Lee, eolaí ábhar agus cathaoirleach teicneolaíochtaí atá ag teacht chun cinn ag UCL.Is é speisialtacht Lee ná staidéar a dhéanamh ar ábhair bhitheolaíocha ag baint úsáide as X-ghathanna cumhachtacha, agus mar sin chuaigh a smaointe láithreach chuig na hAlpa Francacha.
Tá Ionad Radaíochta Synchrotron na hEorpa suite ar phaiste triantánach talún sa chuid thiar thuaidh de Grenoble, áit a dtagann dhá abhainn le chéile.Is luasaire cáithníní é an réad a sheolann leictreoin i bhfithis chiorclach leathmhíle ar fad ar luas an tsolais beagnach.Agus na leictreoin seo ag casadh i gciorcail, déanann maighnéid chumhachtacha i bhfithis dlúith an sruth cáithníní, rud a fhágann go n-asaíonn na leictreoin cuid de na X-ghathanna is gile ar domhan.
Ligeann an radaíocht chumhachtach seo don ESRF spiaireacht a dhéanamh ar rudaí ar an scála micriméadair nó fiú nanaiméadar.Is minic a úsáidtear é chun staidéar a dhéanamh ar ábhair cosúil le cóimhiotail agus comhdhúile, chun staidéar a dhéanamh ar struchtúr móilíneach próitéiní, agus fiú chun iontaisí ársa a athchruthú gan cloch a scaradh ó chnámh.Bhí Ackermann, Jonigk agus Lee ag iarraidh an uirlis ollmhór a úsáid chun na x-ghathanna is mionsonraithe ar domhan d'orgáin dhaonna a ghlacadh.
Cuir isteach Taforo, a bhfuil a chuid oibre ag ESRF tar éis teorainneacha a bhrú maidir le cad is féidir le scanadh sioncrótron a fheiceáil.Bhí a raon mórthaibhseach cleasanna tar éis ligean d’eolaithe piaraí taobh istigh d’uibheacha dineasáir agus mummies oscailte beagnach a ghearradh, agus beagnach láithreach dheimhnigh Taforo go bhféadfadh sioncrótrón lobes iomlán na scamhóg a scanadh go teoiriciúil go maith.Ach i ndáiríre, is dúshlán ollmhór é scanadh a dhéanamh ar orgáin dhaonna ar fad.
Ar thaobh amháin, tá fadhb na comparáide.Cruthaíonn x-ghathanna caighdeánacha íomhánna bunaithe ar an méid radaíochta a ionsúnn ábhair dhifriúla, agus ionsúnn eilimintí níos troime níos mó ná cinn níos éadroime.Tá fíocháin bhoga comhdhéanta den chuid is mó d’eilimintí éadroma—carbón, hidrigin, ocsaigine, etc.—mar sin ní thaispeánann siad go soiléir ar x-ghathaithe leighis clasaiceach.
Ceann de na rudaí is fearr faoi ESRF ná go bhfuil a bhíoma X-ghathaithe an-chomhleanúnach: taistealaíonn solas i dtonnta, agus i gcás ESRF, tosaíonn a X-ghathanna go léir ag an minicíocht agus an ailíniú céanna, ag ascalach de shíor, cosúil le lorg coise fágtha. ag Reik trí ghairdín zen.Ach de réir mar a théann na X-ghathanna seo tríd an réad, féadann difríochtaí caolchúiseacha i ndlús a chur faoi deara go n-imeoidh gach X-gha beag ón gcosán, agus éiríonn sé níos fusa an difríocht a bhrath de réir mar a ghluaiseann na X-ghathanna níos faide ón réad.Is féidir leis na diallais seo difríochtaí caolchúiseacha dlúis laistigh de réad a nochtadh, fiú má tá sé comhdhéanta d’eilimintí solais.
Ach is ceist eile í an chobhsaíocht.Chun sraith x-ghathanna méadaithe a ghlacadh, ní mór an t-orgán a shocrú ina chruth nádúrtha ionas nach ndéanann sé lúbadh nó bogadh níos mó ná an míleú cuid de milliméadar.Ina theannta sin, ní bheidh x-ghathanna leanúnacha an orgáin chéanna ag teacht lena chéile.Ní gá a rá, áfach, is féidir leis an gcomhlacht a bheith an-solúbtha.
Bhí sé mar aidhm ag Lee agus a fhoireann ag UCL coimeádáin a dhearadh a d’fhéadfadh X-ghathanna sioncrótrón a sheasamh agus a oiread tonnta agus ab fhéidir a ligean tríd.Dhéileáil Lee freisin le heagrú iomlán an tionscadail - mar shampla, sonraí iompar orgáin dhaonna idir an Ghearmáin agus an Fhrainc - agus d'fhostaigh sé Walsh, a speisialtóireacht i sonraí móra bithleighis, chun cabhrú le fáil amach conas anailís a dhéanamh ar na scananna.Ar ais sa Fhrainc, áiríodh le hobair Taforo an nós imeachta scanadh a fheabhsú agus fáil amach conas an t-orgán a stóráil sa choimeádán a bhí foireann Lee ag tógáil.
Bhí a fhios ag Tafforo nach mór iad a phróiseáil le roinnt codanna d'eatánól uiscí chun nach ndianscaoilfeadh na horgáin, agus go mbeadh na híomhánna chomh soiléir agus is féidir.Bhí a fhios aige freisin go gcaithfeadh sé an t-orgán a chobhsú ar rud éigin a mheaitseáil go díreach le dlús an orgáin.Ba é an plean a bhí aige ná na horgáin a chur ar bhealach éigin in aagar saibhir i eatánól, substaint cosúil le glóthach a bhaintear as feamainn.
Mar sin féin, tá an diabhal sna sonraí - mar atá sa chuid is mó den Eoraip, tá Taforo i bhfostú sa bhaile agus faoi ghlas.Mar sin d’aistrigh Taforo a chuid taighde isteach i saotharlann baile: Chaith sé blianta ag maisiú iar-chistin mheánmhéide le printéirí 3D, buntrealamh ceimice agus uirlisí a úsáidtear chun cnámha ainmhithe a ullmhú le haghaidh taighde anatamaíoch.
Bhain Taforo úsáid as táirgí ón siopa grósaeireachta áitiúil le fáil amach conas agar a dhéanamh.Bailíonn sé fiú uisce stoirme ó dhíon a ghlan sé le déanaí chun uisce dímhianaithe a dhéanamh, comhábhar caighdeánach i bhfoirmlí agair de ghrád saotharlainne.Chun na horgáin a phacáil in agar a chleachtadh, thóg sé intestines muc ó sheamlas áitiúil.
Glanadh Taforo chun filleadh ar an ESRF i lár mhí na Bealtaine don chéad scanadh scamhóg tástála ar mhuca.Ó Bhealtaine go Meitheamh, d’ullmhaigh agus rinne sé scanadh ar lobe scamhóg clé fir 54 bliain d’aois a fuair bás de COVID-19, a thug Ackermann agus Jonig ón nGearmáin go Grenoble.
“Nuair a chonaic mé an chéad íomhá, bhí litir leithscéal i mo ríomhphost chuig gach duine a bhí páirteach sa tionscadal: theip orainn agus ní raibh mé in ann scanadh ardchaighdeáin a fháil,” a dúirt sé.“Níor chuir mé ach dhá phictiúr chucu a bhí uafásach dom ach a bhí iontach dóibh.”
Do Lee ó Ollscoil California, Los Angeles, tá na híomhánna iontacha: tá íomhánna uile-orgáin cosúil le scanadh caighdeánach CT leighis, ach "milliún uair níos faisnéiseach."Tá sé amhail is dá mbeadh an taiscéalaí ag déanamh staidéir ar an bhforaois ar feadh a shaoil, ag eitilt thar an bhforaois i scairdeitleán ollmhór, nó ag taisteal feadh an chosáin.Anois ardaíonn siad os cionn an ceannbhrat cosúil le héin ar sciatháin.
D’fhoilsigh an fhoireann a gcéad tuairisc iomlán ar an gcur chuige HiP-CT i mí na Samhna 2021, agus d’eisigh na taighdeoirí sonraí freisin ar an gcaoi a mbíonn tionchar ag COVID-19 ar chineálacha áirithe cúrsaíochta sna scamhóga.
Bhí buntáiste gan choinne leis an scanadh freisin: chabhraigh sé leis na taighdeoirí a chur ina luí ar chairde agus ar mhuintir an vacsaín a fháil.I gcásanna tromchúiseacha de COVID-19, tá an chuma ar go leor soithigh fola sna scamhóga caolaithe agus ata, agus go pointe níos lú, d’fhéadfadh babhtaí neamhghnácha de shoithigh fola bídeacha foirmiú.
“Nuair a fhéachann tú ar struchtúr scamhóg ó dhuine a fuair bás ó COVID, ní fhéachann sé cosúil le scamhóg - is praiseach é,” a dúirt Tafolo.
Dúirt sé freisin, fiú amháin in orgáin shláintiúla, gur léirigh na scananna gnéithe anatamaíocha caolchúiseacha nár taifeadadh riamh toisc nach ndearnadh scrúdú chomh mion sin ar aon orgán daonna riamh.Le breis agus $1 milliún i maoiniú ó Thionscnamh Chan Zuckerberg (eagraíocht neamhbhrabúis a bhunaigh Príomhfheidhmeannach Facebook Mark Zuckerberg agus bean chéile Zuckerberg, an dochtúir Priscilla Chan), tá foireann HiP-CT ag cruthú atlais d’orgáin dhaonna mar a thugtar air.
Go dtí seo, tá an fhoireann tar éis scanadh cúig orgán a scaoileadh - an croí, an inchinn, na duáin, na scamhóga agus an spleen - bunaithe ar na horgáin a bhronn Ackermann agus Jonigk le linn a n-uathóipse COVID-19 sa Ghearmáin agus an orgán “rialaithe” sláinte LADAF.Saotharlann anatamaíoch Grenoble.Tháirg an fhoireann na sonraí, chomh maith le scannáin eitilte, bunaithe ar shonraí atá ar fáil go héasca ar an Idirlíon.Tá Atlas Orgáin Daonna ag méadú go tapa: scanadh 30 orgán eile, agus tá 80 eile ag céimeanna éagsúla ullmhúcháin.Chuaigh beagnach 40 grúpa taighde éagsúil i dteagmháil leis an bhfoireann chun tuilleadh a fhoghlaim faoin gcur chuige, a dúirt Li.
Feiceann Cairdeolaí UCL Cook go bhfuil acmhainneacht mhór in úsáid HiP-CT chun anatamaíocht bhunúsach a thuiscint.Dúirt an raideolaí UCL Joe Jacob, a speisialtóireacht i ngalar scamhóg, go mbeidh HiP-CT “thar a bheith luachmhar chun galar a thuiscint,” go háirithe i struchtúir tríthoiseach ar nós soithigh fola.
Chuaigh fiú na healaíontóirí isteach sa fray.Deir Barney Steele ó chomhbhailiúchán ealaíne ó thaithí atá bunaithe i Londain Marshmallow Laser Feast go bhfuil sé ag fiosrú go gníomhach conas is féidir sonraí HiP-CT a iniúchadh i réaltacht fhíorúil thumoideachais.“Go bunúsach, táimid ag cruthú turas tríd an gcorp daonna,” a dúirt sé.
Ach in ainneoin na ngeallúintí go léir a bhaineann le HiP-CT, tá fadhbanna tromchúiseacha ann.Ar dtús, a deir Walsh, gineann scanadh HiP-CT “méid ollmhór sonraí,” go héasca terabyte in aghaidh an orgáin.Chun gur féidir le cliniceoirí na scananna seo a úsáid sa saol fíor, tá súil ag na taighdeoirí comhéadan scamall-bhunaithe a fhorbairt chun iad a nascleanúint, mar Google Maps don chorp daonna.
B'éigean dóibh freisin é a dhéanamh níos fusa scanadh a thiontú ina samhlacha 3D inoibrithe.Cosúil le gach modh scanadh CT, oibríonn HiP-CT trí go leor slisní 2D de rud ar leith a thógáil agus iad a chruachadh le chéile.Fiú sa lá atá inniu ann, déantar cuid mhór den phróiseas seo de láimh, go háirithe nuair a bhíonn fíocháin neamhghnácha nó ghalraithe á scanadh.Deir Lee agus Walsh gurb é tosaíocht na foirne HiP-CT ná modhanna meaisínfhoghlama a fhorbairt a fhéadann an tasc seo a dhéanamh níos éasca.
Leathnóidh na dúshláin sin de réir mar a mhéadóidh atlas na n-orgán daonna agus de réir mar a éireoidh taighdeoirí níos uaillmhianaí.Tá an fhoireann HiP-CT ag baint úsáide as an ngléas bíoma ESRF is déanaí, ainmnithe BM18, chun leanúint ar aghaidh ag scanadh orgáin an tionscadail.Táirgeann an BM18 bhíoma X-gha níos mó, rud a chiallaíonn go dtógann an scanadh níos lú ama, agus is féidir an brathadóir X-gha BM18 a chur suas le 125 troigh (38 méadar) ar shiúl ón réad atá á scanadh, rud a fhágann go bhfuil sé scanadh níos soiléire.Tá na torthaí BM18 an-mhaith cheana féin, a deir Taforo, a rinne roinnt de na samplaí bunaidh Atlas Orgán Daonna a athscanadh ar an gcóras nua.
Is féidir leis an BM18 rudaí an-mhór a scanadh freisin.Leis an tsaoráid nua, tá sé beartaithe ag an bhfoireann torso iomlán an chorp daonna a scanadh i dtite amháin faoi dheireadh 2023.
Ag iniúchadh acmhainneacht ollmhór na teicneolaíochta, dúirt Taforo, “Nílimid i ndáiríre ach ag an tús.”
© 2015-2022 National Geographic Partners, LLC.Gach ceart ar cosaint.