Междисциплинарная команда из университетов Байройта и Марбурга совершила подвиг, который ранее был невозможен даже с использованием новейших медицинских методов визуализации: изображение с высокой четкостью мельчайших кровеносных сосудов, обнаруженных в таких органах, как селезенка или кость. мозг людей. Исследователи разработали процесс визуализации очень сложной сети таких кровеносных сосудов в образцах тканей в трехмерном формате. О том, как работает новый метод, они сообщают в журналах Medical Image Analysis и PLOS ONE.
Ученые, работающие с проф. Доктор. Майкл Гут и доктор. Олег Лобачев из Байройта (информатика) и проф. Доктор. Бирте Штайнигер в Марбурге (анатомия) использует метод, называемый "иммуногистология" в медицине и биологии. Этот процесс позволяет визуально маркировать молекулы, которые находятся только в клетках внутренних стенок кровеносных сосудов. Однако это возможно только благодаря тонким срезам, которые удаляются с образца ткани с помощью специального режущего устройства и имеют толщину всего от пяти до семи тысячных миллиметра. В новом процессе, разработанном в Байройте и Марбурге, срезы тканей сначала фотографируются с помощью сканирующего микроскопа. После этого изображения целой упорядоченной серии срезов необходимо точно наложить, чтобы восстановить трехмерное расположение кровеносных сосудов. Однако в этом контексте возникает фундаментальная трудность: чрезмерная тонкость срезов вызывает искривление ткани во время разрезания. В каждой отдельной секции возникают различные искажения, что затрудняет или делает невозможным правильное соединение смежных секций в серии.
Реалистичные изображения с помощью новой системы программного обеспечения
Ученые-информатики из Байройта смогли найти надежное решение этой проблемы с помощью разработанной ими системы программного обеспечения. После автоматической фильтрации данных системой они отправляются на высокопроизводительный компьютер и преобразуются в трехмерные изображения с высоким разрешением. При этом не искажаются пропорции сосудов. "Наш процесс представляет большой интерес для фундаментальных исследований в медицине, которые еще не смогли дать точное описание сложной сети кровеносных сосудов в селезенке и костном мозге. Однако при нынешнем состоянии технологий он все еще слишком медленный, чтобы его можно было использовать для медицинской диагностики, поскольку он требует обработки огромных объемов данных," Проф. Гуте объяснил.
Проведенные на сегодняшний день анализы уже привели к некоторым неожиданным результатам. Например, оказывается, что мельчайшие кровеносные сосуды в селезенке имеют открытые концы и что кровь на короткое расстояние выходит за пределы кровеносных сосудов. В кроветворном мозге гребня подвздошной кости оба из двух известных типов мельчайших кровеносных сосудов (капилляры и синусы), скорее всего, идут параллельно, а не последовательно. Также было показано, какие антитела можно использовать для обнаружения обоих типов кровеносных сосудов одновременно, чтобы визуализировать все мельчайшие сосуды в костном мозге.
"Одним из факторов, сделавших возможным наш исследовательский проект, было пожертвование образцов костного мозга из гребня подвздошной кости отделением челюстно-лицевой хирургии больницы Филлиппсского университета в Марбурге – с согласия пациентов и соответствующего этического комитета. Эти образцы остались после операций, в ходе которых кость была реконструирована с использованием материала гребня подвздошной кости. Другие образцы тканей были взяты у пациентов, у которых пришлось удалить селезенку из-за опасных для жизни трещин, возникших в результате травмы живота," Проф. Стейнигер сказал.
В фокусе дальнейших исследовательских проектов: лимфоциты
Исследовательские группы в Байройте и Марбурге планируют изучить мелкие сосуды в других лимфоидных органах, таких как селезенка или миндалины. Кроме того, их интересуют лимфоциты. Эти лейкоциты, которые имеют решающее значение для иммунной системы, образуют круглые скопления в лимфоидных органах, называемых "фолликулы". Лимфоидные фолликулы имеют диаметр около одного миллиметра. "Один миллиметр – это огромное расстояние с точки зрения микроскопии, поэтому для реконструкции требуется несколько сотен серийных срезов. Таким образом, мы пытаемся сократить количество последовательных секций, чтобы анализировать различные типы клеток во всем фолликуле," Проф. Гуте объяснил. Исследователи надеются объяснить, как лимфоциты взаимодействуют в фолликулах в иммунных реакциях и как они перемещаются в лимфатические ткани и слизистые оболочки и из них.