Tıbbi Görüntülemede Tarihi Adım: En Parlak X-Işınlarıyla İnsan Anatomisi Yeniden Yazılıyor

Dünya, 2021 yılında tüm yıkıcılığıyla devam eden COVID-19 pandemisiyle mücadele ederken, bilim insanları temel bir engelle karşı karşıya kalmıştı: SARS-CoV-2 virüsünün insan akciğerlerinde yarattığı yapısal hasarı bütüncül ve hücresel bir çözünürlükte görebilecek bir teknoloji mevcut değildi. Bu büyük eksiklik, tıp dünyasında devrim niteliğinde bir inovasyonun kıvılcımını ateşledi. University College London (UCL) ve Avrupa Senkrotron Işınımı Tesisi (ESRF) araştırmacıları, güçlerini birleştirerek daha önce tıp tarihinde görülmemiş bir görüntüleme platformu inşa etti.

Geleneksel Sınırları Aşan Teknoloji: HiP-CT

Araştırma ekibi, standart hastane röntgenlerinden tam 100 milyar kat daha parlak olan dünyanın en güçlü X-ışınlarını kullanarak, “Hiyerarşik Faz Kontrastlı Tomografi” (Hierarchical phase-contrast tomography – HiP-CT) adını verdikleri yepyeni bir teknik geliştirdi. Bu eşsiz yöntem, bütün halindeki (ex vivo) bir insan akciğerini veya kalbini parçalamadan, organın genel anatomik yapısından tek bir hücrenin mikro yapısına kadar, yaklaşık 2 mikrometre ölçeğine inerek detaylı bir şekilde tarayabiliyor.

UCL’den görüntüleme uzmanı Claire Walsh ve ekibi, bu olağanüstü teknolojinin sadece akciğerlerle sınırlı kalamayacağını hızla fark etti. Bilim camiasında büyük ses getiren bu atılım, kısa sürede tam kapsamlı bir projeye dönüşerek “İnsan Organ Atlası” (Human Organ Atlas) adıyla hayata geçirildi. Science Advances dergisinde de detayları paylaşılan bu açık erişimli portal, anatomik araştırmalar ve patolojik teşhisler için ezber bozan bir kaynak sunuyor.

Histopatoloji ve Klinik Görüntüleme Arasındaki “Kayıp Halka”

On yıllardır tıp dünyası organları incelemek için iki ana yönteme başvuruyordu: Ya MR ve BT taramaları ile organın genel yapısına makro düzeyde bakılıyor ya da biyopsi yoluyla alınan ince, 2 boyutlu doku kesitleri mikroskop altında (histopatoloji) inceleniyordu. Ancak bu iki ölçek arasında devasa bir hücresel mimari boşluğu bulunuyordu.

“İnsan biyolojisinde bu orta ölçekte ne kadar çok bilinmeyen olduğunu görmek beni gerçekten çok etkiledi. Klinisyenlere elde ettiğimiz ilk veri setlerini gösterdiğimde, ekrandaki yapıların tuhaflığı karşısında şaşkına döndüler. Çünkü daha önce kimse bir organı, doku bütünlüğünü bozmadan bu çözünürlükte, 3 boyutlu olarak görmemişti.”

Bu sözlerle projenin yarattığı heyecanı dile getiren Walsh, HiP-CT teknolojisinin klinik görüntüleme ile mikroskobik inceleme arasındaki eksik yapboz parçasını nasıl tamamladığını gözler önüne seriyor. Bu yeni teknoloji sayesinde, örneğin bir kalpteki tüm mikroskobik damar ağları ve sinir bağlantıları, doku kesilip biçilmeden, 3 boyutlu uzayda ve hücresel hüviyetiyle haritalandırılabiliyor.

Senkrotron: Bir Stadyum Büyüklüğünde X-Işını Üreteci

Bu muazzam görüntüleme kapasitesinin arkasında yatan güç kaynağı ise ESRF bünyesindeki devasa parçacık hızlandırıcı, yani bir Senkrotron. Yaklaşık bir futbol stadyumu büyüklüğündeki bu tesiste, elektronlar inanılmaz hızlara çıkarılıyor. Güçlü mıknatıslar yardımıyla yönleri değiştirilen bu elektronlar, görüntüleme işleminde kullanılan ve devasa örneklerin içinden geçerek hücresel detayları ortaya çıkaran yüksek enerjili X-ışınlarını yayıyor. Diğer laboratuvar metotlarıyla aylarca sürebilecek veya teknik olarak imkansız olan bütüncül analizler, HiP-CT sayesinde bir günden daha kısa bir sürede tamamlanabiliyor.

Açık Erişimli Atlas: 13 Organ ve 300’den Fazla Görüntü

Avrupa ve ABD’deki 9 farklı enstitüden klinisyenler, veri mühendisleri, görüntü analistleri ve bilim insanlarının devasa iş birliği sonucunda kurulan İnsan Organ Atlası, tıbbi veri işleme süreçlerini demokratikleştirmeyi hedefliyor. Portal halihazırda 32 farklı donörden elde edilen 300’ü aşkın yüksek çözünürlüklü görüntü barındırıyor. Kullanıcılar bir insan saçından 50 kat daha ince olan 1 mikrometrenin altındaki detaylara kadar yakınlaştırma (zoom) yapabiliyor. Projede şu ana kadar taranan ve erişime açılan organlar şunları içeriyor:

• Beyin ve Kalp
• Karaciğer ve Akciğer
• Böbrek, Dalak ve Kolon
• Göz ve Plasenta
• Prostat, Testis, Rahim ve Kadın Genital Sistemleri

Yaşlanma Hastalıklarına ve Geleceğin Tıbbına Işık Tutuyor

Projenin veri tabanındaki donörlerin genellikle ileri yaş gruplarından olması, her ne kadar sağlıklı genç kontrol gruplarının eksikliğini hissettirse de, günümüzün en büyük küresel sağlık yükü olan yaşlanmaya bağlı kronik hastalıkların (kalp yetmezliği, nörodejeneratif sorunlar vb.) incelenmesi için emsalsiz bir fırsat sunuyor. Araştırmacılar şimdiden kalp ve rahimdeki sağlıklı ve hastalıklı doku farklılıklarını -örneğin adenomiyozis vakalarındaki rahim damar yapılarını- analiz etmek için bu atlası aktif olarak kullanıyor. Proje ekibinin sıradaki en büyük hedefi ise, insan beynindeki mikroskobik nöral bağlantı ağlarının devasa 3 boyutlu haritasını kusursuz biçimde çıkarmak.

İnsan Organ Atlası, tıp ve laboratuvar bilimleri alanındaki araştırmacıların önünde sadece yeni bir pencere açmakla kalmıyor; hastalıkların teşhisini, hedefe yönelik biyolojik ilaçların geliştirilmesini ve insan anatomisine dair temel anlayışımızı kökünden değiştirecek güçlü bir bilimsel altyapı inşa ediyor.