人类的肝脏的三维模型更好的诊断

非酒精脂肪肝已成为发达国家中最常见的慢性肝脏疾病。组织学分析肝组织是唯一被广泛接受的测试诊断和区分不同阶段的疾病。然而,这种技术只提供肝组织的二维图像在低分辨率和忽视了潜在的重要的3 d结构变化。马克斯普朗克研究所的研究员分子细胞生物学和遗传学在德累斯顿大学医院卡尔古斯塔夫词Carus德累斯顿德累斯顿技术大学与同事一起从现在生成的3 d几何模型和功能的人类肝脏组织针对不同疾病阶段。他们揭示新的关键组织变化,提供新的见解病理生理学和导致高清晰度医疗诊断。

非酒精脂肪肝疾病的特点是积累的脂肪在肝脏胰岛素抵抗由于饮酒以外的原因。它包括一系列的肝脏疾病从简单的脂肪变性(“非渐进式”和可逆的)非酒精性脂肪肝,可进展为肝硬化,肝癌,最终或肝功能衰竭,需要移植。在2017年,估计有24%的世界人口受到疾病的影响,这使得它慢性肝病的主要原因。

常规组织学分析肝组织诊断疾病进展的黄金标准,但它有几个缺点:肝脏组织的低分辨率2 d图像只允许半定量评价,它可以是主观的,因为它依赖于病理学家的技能。最重要的是,它不能提供3 d信息组织结构和功能,肝脏有一个复杂的三维组织机构:它包括功能单元,肝脏lobuli,包含两个交织在一起的网络,血窦的血液流动和胆汁分泌的胆汁淤积和通量。这样一个架构很难把握3 d组织和整体组织结构从2 d组织学图像。

空间信息

为了克服这些局限性诊断,研究小组的马克斯·普朗克总监马里诺Zerial一起从德累斯顿大学医院的同事,罗斯托克和基尔,信息服务和高性能计算中心的德累斯顿技术大学开发的3 d空间解析几何和功能模型的人类肝脏组织非酒精脂肪肝疾病的不同阶段。

在2017年,马里诺Zerial的研究小组开发了一个模型的小鼠肝脏胆汁微管的网络和胆汁流动使用多分辨率三维分析的几何。现在,人类肝脏的团队检查了3 d组织组织。尽管一些缺陷,已经出现在2 d图像,胆汁淤积和正弦网络的改变只能承认在三维重建。费边Segovia-Miranda,该研究报告的第一作者:“最近的进步使组织透明和多光子显微镜成像的允许厚组织部分,所以,3 d信息可以被捕获。”The 3D digital reconstruction of those tissues was then used to computationally simulate bile fluid dynamics through a model created by the Center for Information Services and High Performance Computing.

胆汁流出障碍

Lutz Brusch信息服务和高性能计算中心的解释道:“虽然血液流动的流体动力学通过较大毛细血管解决了模拟,这是到目前为止可能胆汁由于缺乏精确的几何数据的人体组织所有相关尺度。”With microscopy, digital image reconstruction and computational modelling combined, the researchers identified a set of cellular and tissue parameters connected with disease progression. Fabián adds: "We discovered that the structure of the 3D bile canaliculi network is profoundly different in affected tissue. Such structural changes have also critical functional consequences. Using personalized biliary fluid dynamic simulations, we learned that the flow of bile in some small areas of the tissue is compromised, which is called micro-cholestasis."

马里诺Zerial,隶属于系统生物学中心的德累斯顿,给出一个观点:“高清晰度医学对疾病早期诊断铺平了道路,在症状出现之前。它还帮助我们识别分子致病的机制来设计新的治疗方法。”Jochen Hampe from the university hospital Dresden adds: "This three-dimensional analysis of liver tissue allows us to gain completely new insights into the disease mechanisms. This enables us to better understand how bile flow and disease progression are related. It also opens up new approaches for therapies."

参考:Segovia-Miranda F。Morales-Navarrete, H。Kucken, M。莫泽,V。塞弗特,S。Repnik U。,…Zerial, m (2019)。三维空间解析几何和功能模型的人类肝脏组织揭示非酒精性脂肪肝进展的新方面。自然医学。https://doi.org/10.1038/s41591 - 019 - 0660 - 7

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