Imágenes 3D de alta resolución revelan lesiones pulmonares por tuberculosis y COVID-19

La anatomía macroscópica revela formas tridimensionales de patología a gran escala. La histología, por el contrario, revela la anatomía microscópica de las estructuras biológicas. Pero esa ampliación tiene un costo: la histología solo muestra formas bidimensionales porque estudia rebanadas pequeñas y planas de tejido teñido. Esta falta de tres dimensiones significa que la histología puede pasar por alto importantes fisiopatologías en los pulmones dañados de pacientes con tuberculosis o TB y COVID-19, las dos enfermedades infecciosas más mortales de la humanidad en los últimos años.

Ahora, investigadores de la Universidad de Alabama en Birmingham (UAB, Birmingham, AL, EUA) han informado que una poderosa herramienta de imágenes llamada microCT se puede usar para crear un atlas tridimensional o 3D del espectro de lesiones pulmonares tanto en la tuberculosis como en la COVID-19, a niveles casi microscópicos. Esto brinda información inesperada sobre la microarquitectura invisible de las lesiones en el contexto de todo el pulmón. Uno de los beneficios de la microCT es crear una imagen 3D de una lesión. En un artículo sobre tuberculosis el año pasado, los investigadores habían demostrado ese poder. Dijeron que durante 70 años los médicos pensaron que los granulomas de tuberculosis en los pulmones de los pacientes eran esféricos u ovoides porque la histología convencional mostraba características redondas, y los investigadores asumieron intuitivamente que eso significaba que los granulomas eran esféricos u ovoides. Pero tales imágenes redondas son similares a cortar una rebanada muy delgada a través de una rama gruesa de un árbol y asumir que la rama es redonda u ovalada. En lugar de esferas, las imágenes en 3D revelaron que los granulomas más grandes eran cualquier cosa menos redondos: tenían formas complejas y ramificadas. Uno se parecía un poco a una raíz de jengibre y otro a un racimo de capullos tempranos en un cerezo, antes de que aparezcan las flores.

En el estudio actual, los investigadores también identificaron una disposición espacial inusual de la vasculatura dentro de un lóbulo completo de un pulmón con COVID-19, y las imágenes en 3D de los vasos sanguíneos revelaron microangiopatía asociada con hemorragia. En particular, esta imagen de anomalías patológicas reveló estructuras patológicas ocultas que podrían haberse ignorado, lo que demuestra un método poderoso para visualizar patologías en 3D en tejido pulmonar con TB y lóbulos completos de COVID-19. Los investigadores compararon la microCT con dos plataformas de imágenes clínicas de menor resolución que no producen imágenes tridimensionales precisas de las lesiones de TB: la tomografía computarizada de rayos X de alta resolución, que se utiliza para ayudar en el diagnóstico de la tuberculosis, y la tomografía computarizada de rayos X "suave" de baja resolución y baja energía, comúnmente utilizada en mamografía.

Las imágenes MicroCT proporcionan una resolución más alta en comparación con los otros dos; pero sus muestras deben estar cerca de la fuente de rayos X, por lo que el análisis microCT se limita al tejido pulmonar extirpado o post-mortem. En todo el mundo, se encuentra disponible una gran cantidad de muestras de pulmón de tuberculosis fijadas en formalina e incluidas en parafina de décadas de investigación. El equipo de investigación demostró que microCT puede caracterizar directamente los depósitos de calcio, así como los granulomas necróticos y parcialmente calcificados en esas muestras. Además, descubrieron que la eliminación de la parafina permitía la visualización de características microanatómicas más detalladas.

"Hasta donde sabemos, este es el primer estudio que utiliza microCT para dilucidar las características macro y microscópicas de las lesiones por tuberculosis, como la cavitación, la calcificación y la necrosis, así como la fisiopatología de la COVID-19 en grandes muestras de pulmón en tres dimensiones", dijo Adrie Steyn, Ph.D., profesor del Departamento de Microbiología de la Universidad de Alabama en Birmingham, quien dirigió el estudio. “Una nueva contribución importante de este estudio es la caracterización de las vías respiratorias obliteradas en la TB y la hemorragia por rotura de vasos sanguíneos en los pulmones con COVID-19 que no sería posible con las plataformas bidimensionales convencionales. Además, el análisis microCT de un lóbulo pulmonar completo con COVID-19 en 3D representa un avance técnico que nos permitió contextualizar la patología vascular dentro de la arquitectura pulmonar mayor y visualizar la microarquitectura vascular con un detalle notable”.

“Anticipamos que la microCT podría usarse para establecer un atlas de referencia tridimensional del pulmón tuberculoso humano derivado de bibliotecas de imágenes 3D digitalizadas de tejidos, órganos de nuevos pacientes y bibliotecas de tejidos fijos existentes”, dijo Steyn. “Este atlas podría usarse para identificar nuevos biomarcadores de imágenes. Además, esperamos que un atlas de tipos de lesiones de tuberculosis y COVID-19 informe nuestra comprensión de la falla de la inmunidad localizada y sea un recurso importante para el desarrollo terapéutico y de diagnóstico”.

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