El Centro del Atlas de Órganos Humanos (HOAHub) tiene como objetivo crear un centro físico y virtual que utilice la tecnología disruptiva de imágenes de contraste de fase jerárquico o HiP-CT para escanear órganos humanos completos con resolución celular local, produciendo un “ Atlas de Órganos Humanos (HOA) en Salud, Envejecimiento y Enfermedad”.
La tomografía jerárquica de contraste de fases (HiP-CT) es una técnica de rayos X que separa el campo de visión y la resolución, para obtener imágenes de cualquier parte del cuerpo humano con una resolución celular (micrónica).
La técnica permite escanear cuerpos enteros con una resolución de 25 micrones, más fino que un cabello humano y diez veces la resolución de un escáner de TC médico.
Posteriormente se pueden seleccionar áreas para hacer zoom, logrando una resolución micrométrica local o cien veces la resolución de la TC médica.
Introducción:
El Laboratorio Europeo de Radiación Sincrotrón, más conocido como ESRF (European Synchrotron Radiation Facility) es un centro de investigación multinacional ubicado en Grenoble (Francia).
Fue concebido como una auténtica colaboración europea para el avance de la ciencia de los rayos X.
En 1988, once países europeos unieron sus fuerzas para construir la fuente de luz de «tercera generación» más brillante y de mayor rendimiento del mundo.
Este proyecto visionario ha hecho una contribución destacada a la excelencia de la ciencia europea.
Casi treinta años después, un nuevo sueño vio la luz con el lanzamiento de una nueva generación de sincrotrones de alta energía, la Fuente Extremadamente Brillante del ESRF.
Con el apoyo de los 20 países socios del ESRF, EBS ofrece a los científicos de todo el mundo nuevas oportunidades para ser pioneros en ciencia innovadora y abordar los complejos desafíos globales a los que se enfrenta nuestra sociedad.
El 25 de agosto del 2020, el ESRF lanzó su Extremely Brilliant Source, la primera fuente de luz de sincrotrón de cuarta generación y alta energía, con un rendimiento de rayos X multiplicado por 100 en comparación con la fuente anterior y con una reducción del 30 % en el consumo de electricidad.
Con EBS, el ESRF ha vuelto a subir y ha abierto nuevas perspectivas para la ciencia de los rayos X.
COVID- 19
El proyecto Hip-CT surgió del deseo de obtener imágenes de las lesiones a nivel celular en los pulmones de las víctimas de Covid-19.
Al principio de la pandemia, un grupo de médicos de Maguncia y Hannover se puso en contacto con el profesor Peter Lee de la UCL para ver si las imágenes de rayos X de sincrotrón podían utilizarse para cuantificar el daño que provoca la COVID-19 en los pulmones.
Rápidamente se reunió a científicos de la ESRF y de Diamond Light Source y comenzaron a obtener imágenes de muestras de biopsia (pequeñas).
Paul Tafforeau, de la ESRF, propuso que, utilizando la ESRF-EBS, se podría obtener la misma resolución en órganos completos que en biopsias, lo que sería revolucionario, ya que se podría vincular el daño a escala celular con el daño producido a escala orgánica.
Se constituyó un equipo británico, francés y alemán y se desarrolló el HiP-CT durante el confinamiento, y se siguió desarrollando, mientras se utilizaban los resultados para ayudar a los médicos a comprender el daño que provoca la COVID-19 en nuestros órganos.
Los estudios de viabilidad ya han demostrado que puede resolver detalles sin precedentes que revelan el daño causado por la COVID-19 en los pulmones humanos, desde las vías respiratorias principales hasta la microvasculatura más fina de un pulmón intacto.
El Atlas de órganos humanos
Utiliza la tomografía de contraste de fase jerárquica para obtener imágenes de la anatomía humana, desde la escala micrométrica hasta la escala de órganos completos.
La histología genera imágenes de células y otras estructuras con una precisión submicrónica, pero solo en pequeñas biopsias de tejido de un órgano.
Las tomografías computarizadas y las resonancias magnéticas clínicas generan imágenes de órganos completos, pero con una resolución de apenas menos de un milímetro.
La HiP-CT une estas escalas en 3D, generando imágenes de órganos, completos intactos, con una resolución de 20 μm y volúmenes específicos de interés, en escalas de hasta un solo micrón.
El Centro del Atlas de Órganos Humanos HOAHub tiene como objetivos:
- Conectar las imágenes clínicas (radiología, escala milimétrica) con las modalidades moleculares (escala nanométrica), proporcionando conocimientos sin precedentes sobre nuestros cuerpos en salud, envejecimiento y enfermedad, ayudando a curar o mitigar enfermedades desde la neurodegeneración hasta los trastornos musculoesqueléticos y el cáncer.
- Reunir grupos interdisciplinarios para producir las nuevas tecnologías experimentales y computacionales necesarias para analizar e interpretar los datos que superan la escala.
- Permitir que se aproveche el impacto clínico de las imágenes de sincrotrón, transformando HiP-CT en una herramienta eficiente (desde la autopsia hasta el tiempo de haz y la cuantificación).
- Avanzar en los campos biológicos, computacionales y médicos.
- Proporcionar recursos de capacitación anatómica y un nuevo estándar de oro para validar la tomografía computarizada, la resonancia magnética y la histología 3D, inspirando una nueva generación de técnicas y conocimientos clínicos del mundo real.
El proyecto, financiado por la Iniciativa Chan Zuckerberg (CZI), es una colaboración interdisciplinaria internacional entre científicos y matemáticos del University College London (UCL), el European Synchrotron Radiation Facility (ESRF) y Diamond Light Source (DLS), y médicos del Hannover-biobank, Mainz, Heidelberg, UCL, el Imperial College London, La Real Academia de Ingeniería, Reino Unido, junto con muchos otros colaboradores.
Este Atlas de acceso abierto sirve como referencia para proporcionar nuevos conocimientos sobre nuestra composición biológica en la salud y la enfermedad.
HOAHub consta de 7 grupos de trabajo interdisciplinarios aplicados a desarrollar aún más la técnica HiP-CT , abordar desafíos biológicos y biomédicos y propagar la técnica a una comunidad más amplia a través de la capacitación.