#1: 作者: maohu, 时间: 2022-1-28 01:21
原创:英国那些事儿
我们都知道人的肺长什么样,但很少有人看过被新冠病毒感染后的肺。
下面这张图,是一名54岁新冠患者的肺。
其中,肺泡和呼吸性细支气管是蓝色,开放的血管是红色,闭塞、被损坏的血管是黄色。
这张图可以看出新冠病毒对肺部血管造成的损害,类似的图片我们在网上也看过不少。
但有趣的是,这张图不是电脑绘制的图画,也不是模拟的肺模型,而是一个真实的肺。是X光扫描出来的。
这在不久以前,还是不可想象的……
人类研究器官和人体组织,已经有上千年的历史,古代的医学书有器官的结构图,现代的科技也可以让我们清楚看到细胞和微生物。
但这里有一个很反常识的事实:
我们人类并不清楚器官具体长什么样。
“也许大多数人都会感到惊讶。”伦敦大学的心脏解剖学家安德鲁·库克(Andrew Cook)说,“虽然我们从几百年前就开始研究心脏结构,但到现在都没有定论,心脏的正常结构应该是什么样。特别是心脏的肌肉细胞,以及它如何随着心脏跳动而变化。”
人类当然有很多漂亮、精细的心脏图,但是博士后研究员克莱尔·沃尔什(Claire Walsh)说,那些只是艺术创作。
“在解剖学教科书里,我们能看到很多大比例、小比例的图。这些都是手绘图画是有原因的:因为我们没有真正的图片,所以只能用艺术来诠释。”
之所以出现这种情况,是因为人类技术有限,无法绘制出细胞级别的器官完整图。
像CT、MRI这样的医用X射线,可以拍出整个器官的照片,但是它们的分辨率不高。
活组织检查可以让科学家在显微镜下观察组织样本,它的分辨率高了,可是图像只能展现器官的一小部分,无法知道总体的样子。
形象地讲,人类研究器官,就好像自然爱好者探索森林,
要么是乘坐大型喷气式飞机越过森林上空,要么是沿着一条林间小路徒步旅行,总体和细节无法兼得。
但现在,一种新技术出现了,它可以让人像鸟一样,挥动翅膀在森林中翱翔,能俯瞰森林,也能凝视露珠。
(用HiP-CT技术扫描出的94岁女性的左肾,分辨率为25.08微米)
“第一次,我们终于能做出真实的图片了。”沃尔什激动地说,“我们在医用CT照片和活检照片之间搭建了桥梁。”
(克莱尔·沃尔什)
这项技术叫作HiP-CT,一个开创了组织学新时代的东西,
而它的诞生,是科学家们想研究新冠病毒对人体的危害。
2020年,在新冠疫情开始不久,德国汉诺威医学院的胸外科学家丹尼·乔尼克(Danny Jonigk)和美因茨大学的病理学家马克西米里·阿克曼(Maximilian Ackermann)就感到这病毒不同寻常。
(丹尼·乔尼克)
他们二人都有肺病方面的专业知识,很快注意到报道中说,病人存在“隐形缺氧”的现象。
“隐形缺氧”是指病人没有出现呼吸困难的症状,也没有明显不适,但是体内的血氧浓度骤降。因为难以察觉,病人的病情会被耽搁很久,进医院时常常处于病危状态。
乔尼克和阿克曼怀疑,这是新冠病毒在以某种方式攻击肺部血管。
(马克西米里·阿克曼)
2020年3月,病毒在德国蔓延开后,两人对新冠死者进行尸检,将他们的肺部组织和普通死者的肺进行对比。
两人很快发现,新冠死者的肺中最细小的血管被扭曲,呈现出不同的样子。人体内有大量细密的血管系统,哪怕只有1%的血管遭到病毒攻击,血液流动和吸收氧气的能力也会受损。
(血管扭曲的部位)
#2: 作者: maohu, 时间: 2022-1-28 01:22
“虽然肺做的事很简单,氧气进,二氧化碳出,但是里面的血管有几万英里长,排列得非常精细,简直就是奇迹。”乔尼克说,“所以,我们要怎么做才能在不破坏器官的情况下,研究像新冠这么复杂的东西呢?”
想来想去,乔尼克和阿克曼想到用X射线。
欧洲同步辐射所,简称ESRF,是一个位于法国格勒诺布尔登的大型联合研究机构。
ESRF的粒子加速器能让电子以接近光的速度,沿着半英里的圆形轨道运动。
当电子一圈圈奔跑时,轨道上强大的磁铁能使粒子流弯曲,让这些电子发射出极亮的X射线。
它通常用于研究合金和复合材料,观察蛋白质的分子结构,以及在不打碎石头的情况下,研究内部的化石骨骼。
乔尼克和阿克曼想用它对人体器官进行世界上最精密的X射线扫描,负责加速器技术的保罗·塔福罗(Paul Tafforeau)说,这应该能做到。
EBS能对复杂物体进行原子级别的成像,扫描后生成三维模型,内部的结构一清二楚。
而人体组织主要由轻元素组织(比如碳、氢、氧),所以很难区分。
但EBS没有这个问题,因为它的射线非常同步,以相同的频率和对齐方式前进。
当X射线穿过物体时,细微的密度差异会导致射线的路线稍微偏移,在离物体越远的位置,这种差异就越容易被检测到。
所以,哪怕是轻元素,EBS仍然可以清晰描绘软组织的内部图像。
想清楚这些事后,塔福罗开始研究如何把器官固定在容器里。
他在从海藻中提取出一种凝胶,里面放入大量乙醇,然后从屠宰场找来猪内脏,将它包裹起来。
然后,他扫描了一名刚刚死于新冠的54岁男子的左肺,把照片发给乔尼克和阿克曼。
其实塔福罗是相当忐忑的,他看到第一张人肺图片后,以为自己失败了,向整个项目的成员发邮件道歉,说他没有做出高质量的扫描。
“对我来说,那几张照片很糟糕,但对他们来说却非常棒!” 塔福罗说。
这张看上去颇为可怕的图,也成功让研究人员说服他们的亲友接种疫苗。
目前,团队已经发布了心脏、大脑、肾脏、肺和脾脏的三维图,完成对另外30种器官的扫描,还有80种器官在排队等候中。
HiP-CT团队还在测试ESRF的最新光束设备,叫BM18,它能产生更大的X射线束,意味着扫描所需的时间更短。
BM18的效果也很好,他们计划在2023年底之前,扫描出整个人体。
人类离了解自己更进了一步,多亏了科技的发展啊……
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