Dois corações humanos adultos inteiros, um saudável e um doente, foram fotografados com detalhes sem precedentes por pesquisadores da UCL e do European Synchrotron Radiation Facility (ESRF), fornecendo um recurso inestimável para melhor compreensão das doenças cardiovasculares.
O estudo, publicado em Radiologia é um atlas do coração humano que captura a estrutura anatômica de todo o órgão até 20 micrômetros – metade da largura de um fio de cabelo humano. Em certas áreas, a imagem foi feita em nível celular.
O atlas facilitará pesquisas antes impossíveis sobre corações saudáveis e doentes, esclarecendo estruturas anatômicas e conexões dentro do órgão, com aplicações potenciais que vão desde a melhoria do tratamento para arritmia até a criação de modelos mais realistas para treinamento cirúrgico.
Uma exposição do atlas cardíaco e da tecnologia por trás dele será apresentada no The Wonders, parte do Festival de Engenharia da UCL, na sexta-feira, 19 de julho, às 19h, no Teatro Bloomsbury.
Doenças cardiovasculares são a maior causa de mortalidade no mundo. Doenças cardíacas isquêmicas, um enfraquecimento do coração causado pela redução do fluxo sanguíneo, foram as únicas responsáveis por 8,9 milhões ou 16% das mortes no mundo em 2019, um número que aumentou em mais de dois milhões desde 2000.
Os clínicos geralmente usam técnicas de imagem como ultrassom, tomografia computadorizada (TC) e ressonância magnética (RM) para diagnosticar doenças cardiovasculares, mas essas técnicas não fornecem informações estruturais detalhadas sobre o que está acontecendo em um órgão. Para obter uma visão mais detalhada, é necessário cortar os órgãos em seções finas para serem escaneadas, o que limita significativamente o campo de visão.
Nos últimos anos, um tipo de acelerador de partículas chamado síncrotron tem sido usado para desenvolver novas técnicas de imagem que superam essas limitações. Estudos de síncrotron em corações inteiros de fetos e pequenos animais foram publicados, embora sempre tenham sido em escalas muito menores do que os principais órgãos adultos.
Neste estudo, cientistas da UCL e da ESRF usaram uma técnica de raios X chamada Hierarchical Phase-Contrast Tomography (HiP-CT) para obter imagens de dois corações humanos adultos inteiros em uma escala de 20 micrômetros, fornecendo uma visão 3D abrangente e detalhada de todo o órgão. Um coração era de um doador branco de 63 anos sem doença cardíaca conhecida (o controle) e o outro era de uma doadora branca de 87 anos com histórico de doença cardíaca isquêmica, hipertensão e fibrilação atrial. Não seria possível obter imagens do coração de uma pessoa viva dessa forma, pois a dose de radiação seria muito alta.
O professor Peter Lee, autor sênior do estudo da UCL Mechanical Engineering, disse: “O atlas que criamos neste estudo é como ter o Google Earth para o coração humano. Ele nos permite visualizar o órgão inteiro em escala global e, em seguida, ampliar para o nível da rua para observar as características cardiovasculares em detalhes sem precedentes.
“Uma das principais vantagens dessa técnica é que ela alcança uma visão 3D completa do órgão que é cerca de 25 vezes melhor do que um scanner de TC clínico. Além disso, ela pode dar zoom em nível celular em áreas selecionadas, o que é 250 vezes melhor, para alcançar o mesmo detalhe que teríamos por meio de um microscópio, mas sem cortar a amostra.
“Ser capaz de obter imagens de órgãos inteiros dessa forma revela detalhes e conexões que antes eram desconhecidos.”
A imagem detalhada do sistema de condução cardíaca, que gera e transmite os sinais elétricos que impulsionam a ação de bombeamento do músculo cardíaco, é um exemplo de como o estudo impactará a medicina cardiovascular.
O professor Andrew Cook, um autor do estudo e um anatomista cardíaco do Instituto de Ciência Cardiovascular da UCL, disse: “Com a tecnologia de hoje, uma interpretação precisa da anatomia subjacente a condições como arritmia é muito difícil. Então, há um enorme potencial para inspirar novos tratamentos usando a técnica de imagem que demonstramos aqui.
“Acreditamos que nossas descobertas ajudarão os pesquisadores a entender o início das anormalidades do ritmo cardíaco e também a eficácia das estratégias de ablação para curá-las. Por exemplo, agora temos uma maneira de determinar diferenças na espessura das camadas de tecido e gordura localizadas entre a superfície externa do coração e o saco protetor que envolve o coração, o que pode ser relevante no tratamento de arritmia.”
Embora a obtenção de imagens dos dois corações seja um marco importante para a medicina cardiovascular, os pesquisadores dizem que será necessário obter imagens de mais corações para obter uma noção mais sólida da variação entre os indivíduos, levando em consideração as diferenças de idade, sexo, etnia e progressão da doença.
Os dois corações foram fotografados no Centro Europeu de Radiação Síncrotron, que abriga a fonte de raios X mais brilhante do mundo, situada em Grenoble, França.
O Dr. Joseph Brunet, primeiro autor do estudo da UCL Mechanical Engineering e cientista visitante do ESRF, disse: “A primeira vez que você vê o coração com HiP-CT é bastante surpreendente, pois ele mostra claramente tecido mole que normalmente não é visível com imagens de raios X convencionais. Isso só é possível devido à maneira como os raios X de contraste de fase interagem com esses tecidos, bem como à alta energia que o ESRF pode gerar para penetrar todo o órgão.”
Essa resolução não está isenta de desafios, no entanto. Imagens para cada coração geraram 10 terabytes de dados, um milhão de vezes mais do que uma tomografia computadorizada padrão.
Paul Tafforeau, um autor do estudo da ESRF que inventou a técnica HiP-CT, disse: “A instalação da linha de luz da ESRF é atualmente o único lugar no mundo onde órgãos humanos adultos completos podem ser visualizados com um nível tão alto de contraste, e ainda estamos muito longe dos limites da tecnologia. O principal fator limitante é o processamento dos dados muito grandes produzidos pela HiP-CT.”
Este trabalho contribui para o projeto Human Organ Atlas, que visa estabelecer um banco de dados de imagens de ciência aberta de todos os órgãos humanos na saúde e na doença. Para explorar esses dados você mesmo, visite human-organ-atlas.esrf.eu, ou para mais informações sobre o projeto Human Organ Atlas, consulte mecheng.ucl.ac.uk/HOAHub/ e vídeos em bit.ly/HiP-CT-Heart.
O projeto é cofinanciado pela Chan Zuckerberg Initiative (CZI).
Vídeo
- Renderização cinematográfica do coração saudável. Crédito: Siemens Healthineers 2024; Dados do ESRF Beamtime 1290 liderados pela UCL.
Matt Midgley
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E-mail: m.midgley [at] ucl.ac.reino unido
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