Піонерський проект розкриває людське тіло з небаченою раніше точністю, від цілих органів до клітинних структур, на масштабі одного мікрона – приблизно в 50 разів тонше за людське волосся.
Наші тіла схожі на біологічні матрьошки, що складаються з ієрархічної збірки клітин, тканин і органів, структура яких визначає, як вони функціонують, взаємодіють і реагують на хвороби.
Тепер Атлас органів людини (HOA) надає "новий золотий стандарт" в медичній візуалізації, показуючи структуру мозку, серця, легень, печінки, нирок та інших систем організму в приголомшливих деталях і тривимірному форматі.
HOA має на меті демократизувати величезні обсяги наукових даних, включаючи численні зображення, що перевищують один терабайт (ТБ). Для порівняння, один ТБ дорівнює більш ніж 250 000 фотографіям, 17 000 годинам аудіофайлів або 85 мільйонам документів Microsoft Word.
"Це ресурс для дослідників, лікарів, викладачів – але також і для всіх, хто цікавиться, як влаштоване людське тіло," – говорить Пол Таффоро, вчений з Європейського синхротронного випромінювання (ESRF) у Франції, який розробив методи візуалізації, використані для створення HOA.
Метод, відомий як ієрархічна фазова контрастна томографія (HiP-CT), використовує рентгенівські промені, що генеруються високошвидкісними частинками в синхротроні, або прискорювачі частинок, званому Екстремально яскраве джерело (EBS).
Цей прискорювач четвертого покоління забезпечує медичний інструмент візуалізації, який у 100 трильйонів разів яскравіший за звичайні рентгенівські знімки в лікарнях.
Дослідники HOA вже використовували EBS для неінвазивного зображення цілих, ex vivo органів від десятків донорів, досягаючи унікального рівня збільшення з клітинною роздільною здатністю.
"Для створення Атласу органів людини ми об'єднали вчених і медиків з дев'яти інститутів по всьому світу," – пояснює матеріалознавець Пітер Лі з Університетського коледжу Лондона (UCL).
"Ця група продовжує розширюватися, допомагаючи отримати нові уявлення про хвороби, від остеоартриту до серцевих захворювань, і змінюючи наше розуміння людського тіла."
HiP-CT виявив раніше невідомі шляхи хвороб на мікроскопічному рівні, включаючи судинні ушкодження в легенях осіб, які померли від COVID-19, а також судинні особливості аденоміозу, неракової гінекологічної хвороби.
На момент написання статті, постійно оновлюваний HOA включає 87 органів і 363 тривимірні набори даних, що стали можливими завдяки 54 донорам на сьогодні.
У деяких випадках HOA містить зображення кількох органів від одного донора, включаючи одного, хто мав історію високого кров'яного тиску, що дозволяє клініцистам аналізувати вплив на різні системи органів – основна мета дослідження.
Різні інші захворювання також зафіксовані, включаючи рак, який є однією з провідних причин смерті в країнах Північної півкулі, а також рідкісні патології, такі як синдром Данді-Уокера, вроджене захворювання, що вражає менше ніж 1 з 30 000 новонароджених.
Окрім медичної освіти, HOA також може бути використаний для навчання моделей машинного навчання, які стають все більш поширеними в охороні здоров'я, для покращення або для гіршого.
Використання такого комплексного, високоякісного набору даних для навчання ШІ може призвести до покращення виявлення захворювань і більш ефективних стратегій лікування.
"Я особисто дуже радий бачити, як спільнота ШІ [використовує] Атлас органів людини в основних моделях ШІ," – говорить біофізик UCL Клер Уолш, директор HOA Hub.
Дослідники сподіваються, що їхня робота покращить залучення громадськості до науки, з подальшими досягненнями на горизонті.
Цікавий факт
Атлас органів людини може змінити підходи до вивчення анатомії, дозволяючи вченим отримувати нові знання про захворювання та їх вплив на організм.