Um atlas que mostra órgãos e células ao micrómetro
Um projecto pioneiro expôs o corpo humano como nunca, desde órgãos completos até estruturas celulares, com uma precisão sem precedentes à escala de um único micrómetro - cerca de 50 vezes mais fino do que um fio de cabelo humano.
O nosso corpo assemelha-se a bonecas russas biológicas: uma construção hierárquica de células, tecidos e órgãos, cuja organização dita a forma como funcionam, interagem entre si e reagem à doença.
Neste contexto, o Atlas de Órgãos Humanos (HOA) estabelece um “novo padrão de ouro” na imagiologia médica, ao apresentar, em três dimensões e com detalhe impressionante, a arquitectura do cérebro, do coração, dos pulmões, do fígado, dos rins e de outros sistemas do organismo.
Como funciona a HiP-CT no ESRF com a Extremely Brilliant Source (EBS)
Para atingir este nível de detalhe, a equipa recorreu à tomografia de contraste de fase hierárquica (HiP-CT). O método utiliza raios X produzidos por partículas de alta energia que circulam num sincrotrão - um acelerador de partículas - denominado Extremely Brilliant Source (EBS).
Este acelerador de quarta geração disponibiliza uma ferramenta de imagiologia médica até 100 trillion vezes mais brilhante do que os raios X hospitalares convencionais.
Até ao momento, os investigadores do HOA usaram o EBS para obter imagens não destrutivas de órgãos intactos, ex vivo, provenientes de dezenas de dadores, alcançando um nível de ampliação invulgar com resolução celular.
“Este é um recurso para investigadores, médicos, educadores - mas também para qualquer pessoa curiosa sobre como o corpo humano é construído”, afirma Paul Tafforeau, cientista da linha de feixe na European Synchrotron Radiation Facility (ESRF), em França, e pioneiro do método avançado de imagiologia usado para criar o HOA.
“Para criar o Atlas de Órgãos Humanos, reunimos cientistas e médicos de nove institutos em todo o mundo”, explica o cientista de materiais Peter Lee, da University College London (UCL).
“Este grupo continua a crescer, ajudando a obter novas perspectivas sobre doenças que vão desde a osteoartrose até à doença cardíaca e a mudar a forma como aprendemos sobre o corpo humano.”
Pistas microscópicas sobre doenças já observadas
Em estudos anteriores, a imagiologia HiP-CT já tinha permitido identificar, a escalas microscópicas, vias de doença até então desconhecidas. Entre os exemplos estão lesões vasculares nos pulmões de pessoas que morreram de COVID-19, bem como características vasculares da adenomiose, uma perturbação ginecológica não cancerígena.
Dados abertos do HOA: 87 órgãos, 363 conjuntos 3D e aplicações em IA
O HOA pretende democratizar volumes massivos de dados científicos, incluindo numerosas imagens com mais de um terabyte (TB). Para comparação, 1 TB equivale a mais de 250,000 fotografias, 17,000 horas de ficheiros de áudio, ou 85 million documentos do Microsoft Word.
À data de escrita, o HOA - actualizado de forma contínua - reúne 87 órgãos e 363 conjuntos de dados tridimensionais, obtidos a partir de 54 dadores até agora.
Em determinados casos, o atlas inclui imagens de vários órgãos do mesmo dador. Um exemplo é o de um indivíduo com historial de hipertensão, o que permite aos clínicos avaliarem o impacto dessa condição em diferentes sistemas de órgãos - um dos principais objectivos de investigação.
O repositório também abrange diversas outras patologias, incluindo cancro, que está entre as principais causas de morte no Norte Global, e condições raras, como a síndrome de Dandy-Walker, uma doença congénita que afecta menos de 1 em 30,000 recém-nascidos.
Para lá da formação e do ensino médico, o HOA poderá igualmente servir para treinar modelos de aprendizagem automática, cada vez mais presentes na área da saúde, para o bem ou para o mal.
Ao usar um conjunto de treino tão abrangente e de alta resolução para treinar IA, poderá ser possível melhorar a detecção de doenças e definir estratégias terapêuticas mais eficazes.
“Pessoalmente, estou imensamente entusiasmada por ver como a comunidade de IA [usa] o Atlas de Órgãos Humanos em modelos fundacionais de IA”, diz a biofísica da UCL Claire Walsh, directora do Pólo do HOA.
Ao iluminar zonas ainda pouco exploradas da fisiologia humana, os investigadores esperam que este trabalho melhore o envolvimento do público com a ciência, com novos avanços já no horizonte.
“Actualmente trabalhamos com órgãos isolados, mas no futuro esperamos desenvolver a técnica para conseguir obter imagens de corpos humanos completos com uma resolução 10 to 20 vezes superior ao que é possível hoje”, afirma Tafforeau.
“Esses dados poderiam transformar a forma como a anatomia é estudada e compreendida.”
Esta investigação foi publicada na Science Advances.
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