Wyobraźcie sobie, że możecie wejść do ludzkiego mózgu, serca czy płuc i podróżować po nich tak, jak Google Earth pozwala podróżować po powierzchni Ziemi – od widoku całego kontynentu po pojedynczy budynek. Międzynarodowy zespół naukowców i klinicystów właśnie udostępnił narzędzie, które robi dokładnie to z ludzkimi narządami. Atlas Narządów Ludzkich – Human Organ Atlas – to otwarty portal 3D umożliwiający badanie nienaruszonych organów z rozdzielczością do 0,65 mikrometra, czyli ponad 50 razy mniejszą niż grubość ludzkiego włosa. Wystarczy zwykła przeglądarka internetowa.
Projekt ogłoszony na łamach czasopisma „Science Advances” to efekt ponad pięciu lat współpracy dziewięciu instytutów z Europy i Stanów Zjednoczonych, zjednoczonych w ramach konsorcjum Human Organ Atlas Hub. Wykorzystuje technologię, która pierwotnie powstała podczas pandemii COVID-19 – i która już zmieniła rozumienie kilku chorób.
Synchrotron 100 miliardów razy jaśniejszy niż szpitalny tomograf
Sercem atlasu jest metoda obrazowania zwana Hierarchiczną Tomografią Kontrastowo-Fazową – HiP-CT – opracowana w Europejskim Synchrotronie w Grenoble we Francji przez zespół kierowany przez University College London. Wykorzystuje ona źródło światła nowej generacji, które jest do 100 miliardów razy jaśniejsze niż konwencjonalne tomografy komputerowe w szpitalach. Pozwala to na nieniszczące skanowanie całych, nienaruszonych narządów ludzkich, a następnie powiększanie obrazu aż do rozdzielczości bliskiej pojedynczej komórce.
Technika ta wypełnia lukę, która od zawsze istniała w medycynie – między radiologią, pokazującą narządy w skali makro, a histologią, badającą mikroskopijne skrawki tkanek. Dotychczas nie istniał sposób, by płynnie przechodzić między tymi dwoma światami.
„Aby stworzyć Atlas Narządów Ludzkich, zgromadziliśmy naukowców i lekarzy z dziewięciu instytutów na całym świecie. Ta grupa stale się rozrasta, pomagając w zdobywaniu nowej wiedzy na temat chorób, od choroby zwyrodnieniowej stawów po choroby serca” – wskazał Peter Lee, profesor na Wydziale Inżynierii Mechanicznej UCL i główny badacz projektu.
Atlas udostępnia obecnie 56 narządów, 307 pełnych zbiorów danych 3D od 25 dawców. Można oglądać 11 rodzajów organów, w tym mózg, serce, płuca, nerki, wątrobę, jelito grube, śledzionę, łożysko, macicę, prostatę i jądra. Największy zbiór danych – mózg – osiąga 14 terabajtów. Każdy organ można eksplorować od widoku ogólnego aż po szczegóły niewidoczne gołym okiem.
CYNICZNYM OKIEM: Ludzkość przez wieki kroiła zwłoki, żeby zrozumieć anatomię. Teraz wystarczy przeglądarka i kawa. Postęp medycyny polega na tym, że makabryczne staje się interaktywne.
Od COVID-19 do rewolucji w diagnostyce i sztucznej inteligencji
Metoda HiP-CT już przyniosła konkretne odkrycia naukowe. Podczas pandemii ujawniła wcześniej niewidoczne mikroskopijne uszkodzenia naczyń w płucach pacjentów zmarłych na COVID-19. Zmieniła również rozumienie zaburzeń kardiologicznych i dostarczyła nowych spostrzeżeń na temat patogenezy zaburzeń ginekologicznych.
„Wirtualne, trójwymiarowe dane histologiczne dostarczają nam cennych informacji na temat patogenezy zaburzeń ginekologicznych. Wiedza ta jest kluczowa dla zniwelowania obecnych luk w wiedzy i zniwelowania nierówności płci” – wyjaśniła Judith Huirne, profesor ginekologii w centrum medycznym Amsterdam UMC.
Jednym z najbardziej obiecujących zastosowań atlasu jest sztuczna inteligencja. Duże, wysokiej jakości zbiory danych 3D są w medycynie rzadkością, co hamuje rozwój zaawansowanych systemów AI. Atlas dostarcza uporządkowane, hierarchiczne dane idealne do trenowania modeli uczenia maszynowego w zakresie segmentacji, wykrywania chorób i analizy w superrozdzielczości.
„Osobiście jestem niezwykle podekscytowana, widząc, jak społeczność zajmująca się sztuczną inteligencją wykorzystuje HOA w modelach bazowych AI” – powiedziała Claire Walsh, dyrektor Human Organ Atlas Hub.
Edukacja medyczna również zyskuje nowe narzędzie. Studenci mogą badać narządy w 3D, przewijać przekroje anatomiczne i powiększać szczegóły tkanek wewnętrznych – bez konieczności dostępu do prosektorium czy specjalistycznego oprogramowania.
„Fundamentalnie zmienia naukę anatomii ze statycznego opisu na kierowane, interaktywne odkrywanie” – zaznaczył Alexandre Bellier, adiunkt anatomii w Szpitalu Uniwersyteckim Grenoble Alpes.
Portal jest w pełni otwarty – każdy może z niego korzystać, pobierać dane w różnych rozdzielczościach i korzystać z samouczków. Regularnie dodawane są nowe zbiory.
CYNICZNYM OKIEM: Naukowcy stworzyli otwarte, darmowe narzędzie dostępne dla każdego z przeglądarką. Czekamy, aż ktoś doda paywall, plan subskrypcyjny i wersję premium z dostępem do trzustki za 9,99 dolara miesięcznie.
Przyszłość – obrazowanie całych ciał
Zespół planuje rozszerzyć kolekcję w nadchodzących latach o więcej narządów, próbek i nowych narzędzi analitycznych. Ale prawdziwa rewolucja dopiero nadchodzi.
„Po sześciu latach wysiłków wciąż jesteśmy na początku drogi. Obecnie pracujemy nad izolowanymi organami, ale w przyszłości planujemy opracować technikę umożliwiającą obrazowanie całych ciał ludzkich z rozdzielczością od 10 do 20 razy wyższą niż obecnie” – ujawnił Paul Tafforeau, naukowiec z ESRF i pionier techniki obrazowania.
Takie dane mogą zrewolucjonizować sposób, w jaki bada się i rozumie anatomię – od diagnostyki po planowanie operacji, od szkolenia chirurgów po trenowanie algorytmów AI rozpoznających choroby na etapie, gdy ludzkie oko nie jest jeszcze w stanie ich dostrzec. Atlas Narządów Ludzkich to nie tylko technologiczna ciekawostka – to nowe okno na wewnętrzną architekturę ciała, które właśnie zostało otwarte dla całego świata.
