Nieniszczące obrazowanie 3D pomaga ratować chore serca
Obecnie diagnostyka chorób układu krążenia (ang. cardiovascular disease, CVD) polega na badaniu makroskopowym serca i jego funkcji oraz oznaczeniu w całym ciele markerów zaburzeń metabolicznych. W rezultacie 20 % pacjentów otrzymuje błędną diagnozę, a u 60 % pacjentów w podeszłym wieku choroba układu krążenia pozostaje niezdiagnozowana.
Badanie mikroanatomii serca oraz metabolizmu
Badacze z projektu ANATOMY-FOUND, realizowanego przy wsparciu programu „Maria Skłodowska-Curie”, zaproponowali zbadanie zdarzeń sercowo-naczyniowych, które poprzedzają wystąpienie makropatologii, będących zwykle podstawą do postawienia diagnozy. Klinicyści potrzebują do tego celu specyficznych, nieinwazyjnych technik obrazowania umożliwiających badania mikroskopowe serca i jego metabolizmu oraz skorelowanie wyników z funkcją serca. „Wczesne procesy występujące w przebiegu choroby układu krążenia często rozpoczynają się w komórkach serca, by z czasem objąć cały narząd. Dlatego potrzebne są nowe technologie 3D polegające na mikroskopowym badaniu serca w wysokiej rozdzielczości oraz specyficznej dla narządu ocenie miejscowych przemian metabolicznych”, tłumaczy stypendysta programu „Maria Skłodowska-Curie”, Robert Stanley Stephenson. Aby móc prowadzić badania mikroskopowe serca, badacze zastosowali technikę wzmocnionej kontrastem mikrotomografii rentgenowskiej – metodę ex vivo, w której wykorzystuje się kontrast jodowy. Pomaga ono uwidocznić tkankę tłuszczową, mięsień, układ przewodzący i tkankę łączną w rozdzielczości przestrzennej bliskiej pojedynczej komórce. Dzięki takiemu podejściu badacze po raz pierwszy zaobserwowali trójwymiarowy system przewodzący serca w zdrowym i zmienionym wskutek wad wrodzonych sercu ludzkim. Zbadali ponadto ułożenie łańcuchów miocytów, wykorzystując mikrotomografię rentgenowską w połączeniu z obrazowaniem tensora dyfuzji (DT-MRI), wykazując przy tym, że w chorym sercu położenie miocytów ulega zmianie. Dane otrzymane w wyniku skanowania pokazały, że głównym czynnikiem przyczyniającym się do zmiany struktury serca, a więc i pracy pompy, nie są zmiany ułożenia łańcucha miocytów, lecz zmiana ułożenia agregatów miocytów. Dzięki wykorzystaniu techniki obrazowania metabolicznego in vivo z użyciem znakowanego izotopowo pirogronianu badacze wskazali również na ograniczony aerobowy potencjał metaboliczny ze współistniejącą zmianą stanu metabolicznego na niekorzystny stan anaerobowy w sercach objętych chorobą. Co ciekawe ta zmiana była powiązana z obszernym przemodelowaniem morfologicznym.
Wpływ projektu ANATOMY-FOUND
Nowe, technologicznie zaawansowane, nieniszczące metody obrazowania w 3D i 4D pozwoliły badaczom z projektu ANATOMY-FOUND na skuteczne zbadanie mikrostruktury i funkcji serca zdrowego oraz objętego chorobą. Te wyniki przyczyniają się do dokładniejszego zrozumienia pracy układu przewodzącego serca i procesów jego przemodelowania w przypadku wrodzonych wad serca. Zważywszy, że układ przewodzący serca działa jak jego biologiczny rozrusznik, ważne jest, aby klinicyści nie uszkadzali tych komórek w trakcie operacji czy interwencji. Dzięki opracowaniu dokładnego trójwymiarowego modelu układu przewodzącego serca badacze mają nadzieję wpłynąć na zwiększenie bezpieczeństwa procedur chirurgicznych. W tym celu partnerzy projektu stworzyli metodą druku 3D pierwsze serca o transparentnym, elastycznym miokardium, aby zilustrować układ przewodzący serca w kolorze. Takie podejście pomoże w planowaniu operacji oraz powinno ograniczyć śmiertelność i zachorowalność pacjentów z wrodzonymi wadami serca. Badacze ustalili również, że zaburzenia metabolizmu mogą mieć związek z przemodelowaniem serca i manifestować się jako zaburzenie pracy pompy oraz niewydolność serca. Technika obrazowania metabolicznego in vivo, wykorzystana w projekcie ANATOMY-FOUND, ma duży potencjał jako narzędzie do szybkiej diagnostyki CVD i ma szansę stać się standardową techniką obrazowania, stosowaną w codziennej praktyce klinicznej. Badacz Michael Pedersen podkreśla, że „projekt ANATOMY-FOUND otwiera nowe możliwości diagnostyki chorób serca, doskonalsze od tradycyjnych metod morfologicznych”. Ponadto zdolność do identyfikacji zmian miejscowych w sercu dodatkowo toruje drogę dla przyszłych terapii celowanych.
Słowa kluczowe
ANATOMY-FOUND, choroba układu krążenia (CVD), układ przewodzący serca, budowa mikroskopowa, miocyt, przemodelowanie, obrazowanie tensora dyfuzji (DT-MRI), wzmocniona kontrastem mikrotomografia rentgenowska
