Los investigadores, obtuvieron imágenes de dos corazones humanos adultos completos, uno sano y otro enfermo, con un nivel de detalle sin precedentes, lo que supone un recurso inestimable para comprender mejor las enfermedades cardiovasculares.
El estudio, publicado en Radiology , es un atlas del corazón humano que captura la estructura anatómica de todo el órgano con una precisión de 20 micrómetros (la mitad del grosor de un cabello humano).
En algunas zonas se han realizado imágenes a nivel celular.
El atlas facilitará investigaciones hasta ahora imposibles sobre corazones sanos y enfermos, aclarando las estructuras anatómicas y las conexiones dentro del órgano, con posibles aplicaciones que van desde mejorar el tratamiento de la arritmia hasta la creación de modelos más realistas para el entrenamiento quirúrgico.
Una muestra del atlas del corazón y la tecnología que hay detrás de él se presentó en The Wonders , parte del Festival de Ingeniería de la UCL, el viernes 19 de julio en el Teatro Bloomsbury.
Las enfermedades cardiovasculares son la principal causa de mortalidad en todo el mundo.
La cardiopatía isquémica, un debilitamiento del corazón causado por la reducción del flujo sanguíneo, fue responsable por sí sola de 8,9 millones de muertes (el 16 % de las que se produjeron en todo el mundo) en 2019, una cifra que había aumentado en más de dos millones desde el año 2000.
Los médicos suelen utilizar técnicas de diagnóstico por imágenes como la ecografía, la tomografía computarizada (TC) y la resonancia magnética (RM) para diagnosticar enfermedades cardiovasculares, pero estas técnicas no proporcionan información estructural detallada sobre lo que sucede en un órgano.
Para obtener una visión más detallada, es necesario cortar los órganos en secciones delgadas para escanearlos, lo que limita significativamente el campo de visión.
En los últimos años, se ha utilizado un tipo de acelerador de partículas llamado sincrotrón para desarrollar nuevas técnicas de obtención de imágenes que superen estas limitaciones.
Se han publicado estudios con sincrotrón sobre corazones enteros de fetos y de animales pequeños, aunque siempre se han realizado a escalas mucho menores que los órganos adultos principales.
En este estudio, los científicos de la UCL y la ESRF utilizaron una técnica de rayos X llamada tomografía jerárquica de contraste de fase (HiP-CT) para obtener imágenes de dos corazones humanos adultos completos a una escala de 20 micrómetros, lo que proporciona una vista tridimensional completa y detallada de todo el órgano.
Un corazón era de un donante masculino de raza blanca de 63 años sin enfermedad cardíaca conocida (el grupo de control) y el otro era de una donante femenina de raza blanca de 87 años con antecedentes de cardiopatía isquémica, hipertensión y fibrilación auricular.
No sería posible obtener imágenes del corazón de una persona viva de esta manera, ya que la dosis de radiación sería demasiado alta.
El profesor Peter Lee, autor principal del estudio de Ingeniería Mecánica de la UCL, afirmó:
«El atlas que hemos creado en este estudio es como tener Google Earth para el corazón humano. Nos permite ver todo el órgano a escala global y luego ampliarlo a nivel de calle para observar las características cardiovasculares con un detalle sin precedentes.
Una de las principales ventajas de esta técnica es que permite obtener una visión 3D completa del órgano, unas 25 veces mejor que con un TAC clínico.
Además, permite hacer zoom a nivel celular en zonas seleccionadas, lo que es 250 veces mejor, para conseguir el mismo detalle que obtendríamos a través de un microscopio pero sin cortar la muestra.
Poder obtener imágenes de órganos completos de esta manera revela detalles y conexiones que antes eran desconocidos.
La obtención de imágenes detalladas del sistema de conducción cardíaca, que genera y transmite las señales eléctricas que impulsan la acción de bombeo del músculo cardíaco, es un ejemplo de cómo el estudio impactará en la medicina cardiovascular¨.
El profesor Andrew Cook, autor del estudio y anatomista cardíaco del Instituto de Ciencias Cardiovasculares de la UCL, afirmó:
«Con la tecnología actual, es muy difícil interpretar con precisión la anatomía subyacente a afecciones como la arritmia. Por lo tanto, existe un enorme potencial para inspirar nuevos tratamientos utilizando la técnica de imágenes que hemos demostrado aquí.
“Creemos que nuestros hallazgos ayudarán a los investigadores a comprender el inicio de las anomalías del ritmo cardíaco y también la eficacia de las estrategias de ablación para curarlas.
Por ejemplo, ahora tenemos una manera de determinar las diferencias en el grosor de las capas de tejido y grasa ubicadas entre la superficie externa del corazón y el saco protector que lo rodea, lo que podría ser relevante para el tratamiento de la arritmia”.
Si bien la obtención de imágenes de ambos corazones es un hito importante para la medicina cardiovascular, los investigadores dicen que será necesario obtener imágenes de más corazones para obtener una idea más sólida de la variación entre individuos, teniendo en cuenta las diferencias de edad, sexo, etnia y progresión de la enfermedad.
Los dos corazones fueron fotografiados en la Instalación Europea de Radiación Sincrotrón, que alberga la fuente de rayos X más brillante del mundo, situada en Grenoble, Francia.
El Dr. Joseph Brunet, primer autor del estudio de Ingeniería Mecánica de la UCL y científico visitante de la ESRF, afirmó: “La primera vez que se ve el corazón con HiP-CT es bastante sorprendente, ya que muestra claramente tejido blando que normalmente no es visible con imágenes de rayos X convencionales.
Esto solo es posible gracias a la forma en que los rayos X de contraste de fase interactúan con estos tejidos, así como a la alta energía que la ESRF puede generar para penetrar todo el órgano”.
Sin embargo, esta resolución no está exenta de desafíos. Las imágenes de cada corazón generaron 10 terabytes de datos, un millón de veces más que una tomografía computarizada estándar.
Paul Tafforeau, uno de los autores del estudio del ESRF, inventor de la técnica HiP-CT, afirmó:
«La instalación de la línea de luz del ESRF es actualmente el único lugar del mundo en el que se pueden obtener imágenes de órganos humanos adultos completos con un nivel de contraste tan alto, y aún estamos muy lejos de los límites de la tecnología.
El principal factor limitante es el procesamiento de los enormes datos que produce el HiP-CT».
Este trabajo contribuye al proyecto Atlas de órganos humanos, cuyo objetivo es establecer una base de datos de imágenes científicas abiertas de todos los órganos humanos en estado de salud y enfermedad.
