Rayos X de alta energía emitidos por un acelerador de partículas especial muestran los vasos pulmonares alterados por la COVID-19

Científicos del Colegio Universitario de Londres (Londres, Reino Unido) y el Centro Europeo de Investigación de Sincrotrón (ESRF; Grenoble, Francia) utilizaron una nueva tecnología de imagen revolucionaria llamada Tomografía de contraste de fase jerárquica (HiP-CT), para escanear órganos humanos donados, incluidos los pulmones de un donante de COVID-19. La HiP-CT permite el mapeo 3D a través de una variedad de escalas, lo que permite a los médicos ver el órgano completo como nunca antes al tomar imágenes de él como un todo y luego acercarlo al nivel celular.

La técnica utiliza rayos X suministrados por el Sincrotrón europeo (un acelerador de partículas) en Grenoble, Francia, que tras su reciente actualización de fuente extremadamente brillante (ESRF-EBS), ahora proporciona la fuente de rayos X más brillante del mundo a 100 mil millones de veces más brillante que una radiografía de un hospital. Debido a este intenso brillo, los investigadores pueden ver vasos sanguíneos de cinco micrones de diámetro (una décima parte del diámetro de un cabello) en un pulmón humano intacto. Una tomografía computarizada clínica solo resuelve los vasos sanguíneos que son aproximadamente 100 veces más grandes, alrededor de 1 mm de diámetro. Usando HiP-CT, el equipo de investigación ha visto cómo la infección grave por COVID-19 'desvía' la sangre entre los dos sistemas separados: los capilares que oxigenan la sangre y los que alimentan el tejido pulmonar en sí. Este entrecruzamiento impide que la sangre del paciente se oxigene adecuadamente, lo que se planteó previamente como hipótesis pero no se probó.

El equipo está utilizando HiP-CT para producir un Atlas de órganos humanos que mostrará seis órganos de control donados: cerebro, pulmón, corazón, dos riñones y un bazo, y el pulmón de un paciente que murió de COVID-19. También se realizará una biopsia de pulmón de control y una biopsia de pulmón de COVID-19. El Atlas estará disponible en línea para cirujanos, médicos y el público interesado. Los investigadores confían en que las imágenes de puenteo de escala desde el órgano completo hasta el nivel celular podrían proporcionar información adicional sobre muchas enfermedades como el cáncer o la enfermedad de Alzheimer. El equipo espera que el Atlas de Organos Humanos eventualmente contenga una biblioteca de enfermedades que afectan órganos en una variedad de escalas, desde 1 a 100 micrones hasta órganos completos, ayudando a los médicos a diagnosticar y tratar una amplia gama de enfermedades. El equipo también espera utilizar el aprendizaje automático y la inteligencia artificial para calibrar las tomografías computarizadas y las resonancias magnéticas clínicas, mejorando la comprensión de las imágenes clínicas y permitiendo un diagnóstico más rápido y preciso.

"Al combinar nuestros métodos moleculares con las imágenes multiescala HiP-CT en los pulmones afectados por la neumonía COVID-19, obtuvimos una nueva comprensión de cómo se produce la derivación entre los vasos sanguíneos en los dos sistemas vasculares de un pulmón en los pulmones lesionados por COVID-19, y el impacto que tiene en los niveles de oxígeno en nuestro sistema circulatorio", dijo Danny Jonigk, profesor de patología torácica, Escuela de Medicina de Hannover, Alemania.

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Colegio Universitario de Londres
Centro europeo de investigación de sincrotrones