Cov txheej txheem scanning tshiab tsim cov duab nrog cov ntsiab lus zoo uas tuaj yeem hloov kho txoj kev tshawb fawb ntawm tib neeg lub cev.
Thaum Paul Taforo pom nws thawj qhov kev sim duab ntawm COVID-19 cov neeg raug tsim txom, nws xav tias nws ua tsis tiav.Tus kws kho mob paleontologist los ntawm kev cob qhia, Taforo tau siv ntau lub hlis ua haujlwm nrog pab pawg thoob plaws Tebchaws Europe los hloov cov khoom siv accelerators hauv Fab Kis Alps rau hauv cov cuab yeej kho mob hloov pauv.
Nws yog thaum kawg ntawm lub Tsib Hlis 2020, thiab cov kws tshawb fawb tau mob siab rau nkag siab zoo dua li cas COVID-19 rhuav tshem tib neeg lub cev.Taforo tau raug txib los tsim ib txoj hauv kev uas tuaj yeem siv lub zog X-rays uas tsim los ntawm European Synchrotron Radiation Facility (ESRF) hauv Grenoble, Fabkis.Raws li tus kws tshawb fawb ESRF, nws tau thawb cov ciam teb ntawm kev daws teeb meem x-rays ntawm pob zeb fossils thiab cov mummies qhuav.Tam sim no nws ntshai heev ntawm cov ntaub so ntswg, nplaum nplaum.
Cov duab qhia lawv nthuav dav ntau dua li kev kho mob CT scan uas lawv tau pom ua ntej, tso cai rau lawv kov yeej qhov tsis zoo ntawm cov kws tshawb fawb thiab kws kho mob pom thiab nkag siab tib neeg lub cev."Nyob rau hauv phau ntawv qhia txog lub cev, thaum koj pom nws, nws yog qhov loj, nws yog qhov me me, thiab lawv yog cov duab kos zoo nkauj rau ib qho laj thawj: lawv yog kev txhais lus zoo vim peb tsis muaj cov duab," University College London (UCL ) hais..Senior Researcher Claire Walsh tau hais."Thawj zaug peb tuaj yeem ua qhov tseeb."
Taforo thiab Walsh yog ib feem ntawm pab pawg thoob ntiaj teb ntawm ntau tshaj 30 tus kws tshawb fawb uas tau tsim cov txheej txheem X-ray tshiab uas muaj zog hu ua Hierarchical Phase Contrast Tomography (HiP-CT).Nrog rau nws, thaum kawg lawv tuaj yeem mus los ntawm tib neeg lub cev tag nrho mus rau qhov pom loj ntawm lub cev cov hlab ntsha me tshaj plaws lossis txawm tias tib neeg lub hlwb.
Txoj kev no twb tau muab kev nkag siab tshiab txog yuav ua li cas COVID-19 puas tsuaj thiab kho cov hlab ntsha hauv lub ntsws.Txawm hais tias nws qhov kev cia siab ntev ntev yog qhov nyuaj rau kev txiav txim siab vim tias tsis muaj dab tsi zoo li HiP-CT tau muaj ua ntej, cov kws tshawb fawb tau zoo siab los ntawm nws lub peev xwm tau txaus siab pom txoj hauv kev tshiab kom nkag siab txog kab mob thiab qhia txog tib neeg lub cev nrog rau daim duab qhia chaw zoo dua.
UCL kws kho plawv Andrew Cooke tau hais tias: "Feem ntau cov tib neeg yuav xav tsis thoob tias peb tau kawm txog lub cev ntawm lub plawv tau ntau pua xyoo, tab sis tsis muaj kev pom zoo rau cov qauv ntawm lub plawv, tshwj xeeb tshaj yog lub plawv ... Cov leeg nqaij thiab nws hloov li cas. thaum lub plawv dhia. "
"Kuv tau tos tag nrho kuv txoj haujlwm," nws hais.
Cov txheej txheem HiP-CT tau pib thaum ob tus kws kho mob German tau sib tw los taug qab cov teebmeem ntawm tus kab mob SARS-CoV-2 ntawm tib neeg lub cev.
Danny Jonigk, tus kws kho mob thoracic ntawm Hannover Medical School, thiab Maximilian Ackermann, tus kws kho mob ntawm University Medical Center Mainz, tau ceeb toom siab vim xov xwm ntawm qhov txawv txav ntawm mob ntsws tau pib kis hauv Suav teb.Ob leeg tau ntsib kev kho mob ntsws thiab paub tam sim ntawd tias COVID-19 yog qhov txawv txav.Cov khub niam txiv tau txhawj xeeb tshwj xeeb txog cov lus ceeb toom ntawm "tso hypoxia" uas ua rau cov neeg mob COVID-19 tsaug zog tab sis ua rau lawv cov ntshav oxygen qib poob qis.
Ackermann thiab Jonig xav tias SARS-CoV-2 qee qhov ua rau cov hlab ntsha hauv lub ntsws.Thaum tus kab mob kis mus rau lub teb chaws Yelemees thaum Lub Peb Hlis 2020, nkawm niam txiv tau pib kho mob ntawm COVID-19 cov neeg raug tsim txom.Tsis ntev lawv tau sim lawv cov vascular hypothesis los ntawm kev txhaj tshuaj resin rau hauv cov ntaub so ntswg kuaj thiab tom qab ntawd so cov ntaub so ntswg hauv cov kua qaub, tawm hauv cov qauv tseeb ntawm thawj vasculature.
Siv cov txheej txheem no, Ackermann thiab Jonigk piv cov ntaub so ntswg los ntawm cov neeg uas tsis tuag los ntawm COVID-19 rau cov neeg uas tau ua.Lawv tam sim ntawd pom tias nyob rau hauv cov neeg raug tsim txom los ntawm COVID-19, cov hlab ntsha me tshaj plaws hauv lub ntsws tau twisted thiab rov tsim dua.Cov txiaj ntsig ntawm thaj av no, tshaj tawm hauv online thaum lub Tsib Hlis 2020, qhia tias COVID-19 tsis yog ib qho kab mob ua pa, tab sis yog kab mob vascular uas tuaj yeem cuam tshuam rau hauv nruab nrog cev thoob plaws lub cev.
"Yog tias koj mus dhau lub cev thiab ua kom tag nrho cov hlab ntsha, koj tau txais 60,000 txog 70,000 mais, uas yog ob npaug ntawm qhov kev ncua deb ntawm txoj kab nruab nrab," said Ackermann, tus kws kho mob ntawm Wuppertal, lub teb chaws Yelemees..Nws hais ntxiv tias yog tias tsuas yog 1 feem pua ​​​​ntawm cov hlab ntsha no raug tus kab mob no, cov ntshav ntws thiab lub peev xwm nqus oxygen yuav raug cuam tshuam, uas tuaj yeem ua rau muaj kev puas tsuaj loj rau tag nrho lub cev.
Thaum Jonigk thiab Ackermann paub txog qhov cuam tshuam ntawm COVID-19 ntawm cov hlab ntsha, lawv paub tias lawv xav tau kom nkag siab zoo dua qhov kev puas tsuaj.
Kev kho mob x-rays, xws li CT scans, tuaj yeem muab kev pom ntawm tag nrho lub cev, tab sis lawv tsis muaj kev daws teeb meem txaus.Kev kuaj mob biopsy tso cai rau cov kws tshawb fawb los tshuaj xyuas cov ntaub so ntswg hauv qab lub tshuab ntsuas, tab sis cov duab tshwm sim tsuas yog ib feem me me ntawm tag nrho lub cev thiab tsis tuaj yeem qhia tias COVID-19 txhim kho hauv lub ntsws li cas.Thiab cov txheej txheem resin pab pawg tsim yuav tsum tau muab cov ntaub so ntswg, uas rhuav tshem cov qauv thiab txwv kev tshawb fawb ntxiv.
"Thaum hnub kawg, [lub ntsws] tau txais oxygen thiab carbon dioxide tawm mus, tab sis rau qhov ntawd, nws muaj ntau txhiab mais ntawm cov hlab ntsha thiab cov hlab ntsha, nyias nyias… nws yuav luag yog qhov txuj ci tseem ceeb," Jonigk, tus tsim, tau hais. Tus kws tshawb fawb tseem ceeb ntawm German Lung Research Center."Yog li cas peb tuaj yeem ntsuas qee yam nyuaj li COVID-19 yam tsis tau rhuav tshem cov kabmob?"
Jonigk thiab Ackermann xav tau ib yam dab tsi uas tsis tau pom dua: ib qho x-rays ntawm tib lub cev uas yuav tso cai rau cov kws tshawb fawb los nthuav qhov chaw ntawm lub cev mus rau lub cellular scale.Thaum Lub Peb Hlis 2020, German duo tau hu rau lawv tus neeg koom tes ntev ntev Peter Lee, tus kws tshawb fawb cov ntaub ntawv thiab tus thawj coj ntawm cov thev naus laus zis tshiab ntawm UCL.Lee qhov tshwj xeeb yog kev kawm txog cov khoom siv roj ntsha uas siv cov X-rays muaj zog, yog li nws txoj kev xav tam sim ntawd tig mus rau Fabkis Alps.
European Synchrotron Radiation Center yog nyob rau ntawm daim duab peb sab ntawm thaj av nyob rau sab qaum teb sab hnub poob ntawm Grenoble, qhov twg ob tus dej sib ntsib.Cov khoom yog ib tug particle accelerator uas xa electrons nyob rau hauv ib ncig orbits ib nrab ib mais ntev ntawm ze li ntawm qhov ceev ntawm lub teeb.Raws li cov electrons no tig mus rau hauv lub voj voog, cov hlau nplaum muaj zog hauv orbit warp cov kwj ntawm cov khoom, ua rau cov electrons emit ib co brightest X-rays nyob rau hauv lub ntiaj teb no.
Qhov hluav taws xob muaj zog no tso cai rau ESRF los soj ntsuam cov khoom ntawm micrometer lossis txawm nanometer nplai.Nws yog feem ntau siv los kawm cov ntaub ntawv xws li alloys thiab composites, los kawm txog cov qauv molecular ntawm cov proteins, thiab txawm rov tsim cov pob txha qub qub yam tsis tau cais pob zeb los ntawm cov pob txha.Ackermann, Jonigk thiab Lee xav siv lub cuab yeej loj los coj lub ntiaj teb cov ncauj lus kom ntxaws x-rays ntawm tib neeg lub cev.
Nkag mus rau Taforo, uas nws txoj haujlwm ntawm ESRF tau thawb cov ciam teb ntawm qhov synchrotron scanning tuaj yeem pom.Nws qhov kev ua tau zoo ntawm kev ua kom yuam kev yav dhau los tau tso cai rau cov kws tshawb fawb ua phooj ywg hauv cov qe dinosaur thiab yuav luag txiav qhib mummies, thiab yuav luag tam sim ntawd Taforo tau lees paub tias synchrotrons tuaj yeem theoretically scan tag nrho lub ntsws lobes zoo.Tab sis qhov tseeb, kev soj ntsuam tag nrho tib neeg lub cev yog qhov nyuaj heev.
Ntawm ib sab, muaj qhov teeb meem ntawm kev sib piv.Cov qauv x-rays tsim cov duab raws li cov ntaub ntawv sib txawv ntawm cov hluav taws xob ntau npaum li cas, nrog cov ntsiab lus hnyav absorbing ntau dua li cov sib dua.Cov ntaub mos mos feem ntau yog ua los ntawm cov khoom siv hluav taws xob - carbon, hydrogen, oxygen, thiab lwm yam - yog li lawv tsis pom meej meej ntawm kev kho mob x-ray.
Ib qho tseem ceeb ntawm ESRF yog tias nws txoj kab hluav taws xob xoo hluav taws xob zoo sib xws: lub teeb mus hauv nthwv dej, thiab nyob rau hauv cov ntaub ntawv ntawm ESRF, tag nrho nws cov X-rays pib ntawm tib zaus thiab kev sib raug zoo, tsis tu ncua oscillating, zoo li hneev taw sab laug. los ntawm Reik los ntawm ib lub vaj zen.Tab sis raws li cov X-rays dhau los ntawm cov khoom, qhov sib txawv me me ntawm qhov ceev tuaj yeem ua rau txhua qhov X-ray sib txawv me ntsis ntawm txoj kev, thiab qhov sib txawv yuav yooj yim dua los tshawb pom thaum X-rays txav deb ntawm qhov khoom.Cov kev sib txawv no tuaj yeem qhia qhov sib txawv me me ntawm qhov sib txawv hauv ib yam khoom, txawm tias nws yog tsim los ntawm lub teeb.
Tab sis kev ruaj ntseg yog lwm qhov teeb meem.Yuav kom coj cov x-rays loj, lub cev yuav tsum tau kho nyob rau hauv nws cov duab ntuj kom nws tsis khoov los yog txav mus rau ntau tshaj ib txhiab ntawm ib millimeter.Ntxiv mus, ua tiav x-rays ntawm tib lub cev yuav tsis sib haum.Needless hais, txawm li cas los xij, lub cev tuaj yeem hloov tau yooj yim.
Lee thiab nws pab neeg ntawm UCL tsom los tsim cov ntim khoom uas tuaj yeem tiv taus synchrotron X-rays thaum tseem cia cov nthwv dej ntau li ntau tau.Lee kuj tau tswj hwm lub koom haum tag nrho ntawm txoj haujlwm - piv txwv li, cov ntsiab lus ntawm kev thauj tib neeg lub cev nruab nrab ntawm lub teb chaws Yelemees thiab Fabkis - thiab ntiav Walsh, uas tshwj xeeb hauv biomedical cov ntaub ntawv loj, los pab txiav txim seb yuav txheeb xyuas cov kev soj ntsuam li cas.Rov qab mus rau Fabkis, Taforo txoj haujlwm suav nrog kev txhim kho cov txheej txheem scanning thiab txheeb xyuas seb yuav khaws cov khoom li cas hauv lub thawv Lee pab pawg tau tsim.
Tafforo paub tias txhawm rau kom lub cev tsis txhob decompose, thiab cov duab kom meej li sai tau, lawv yuav tsum tau ua tiav nrog ob peb feem ntawm aqueous ethanol.Nws kuj paub tias nws yuav tsum ua kom lub cev ruaj khov ntawm ib yam dab tsi uas haum rau qhov ntom ntawm lub cev.Nws txoj kev npaj yog muab tso rau hauv lub cev nyob rau hauv ethanol-nplua nuj agar, ib yam khoom zoo li jelly muab rho tawm los ntawm seaweed.
Txawm li cas los xij, dab ntxwg nyoog yog nyob rau hauv cov ntsiab lus - raws li nyob rau hauv feem ntau ntawm cov teb chaws Europe, Taforo yog daig nyob rau hauv tsev thiab kaw.Yog li Taforo tau txav nws txoj kev tshawb fawb mus rau hauv chav kuaj hauv tsev: Nws tau siv ntau xyoo los kho qhov qub chav ua noj nruab nrab nrog 3D tshuab luam ntawv, cov cuab yeej siv tshuaj lom neeg thiab cov cuab yeej siv los npaj cov pob txha tsiaj rau kev tshawb fawb anatomical.
Taforo siv cov khoom los ntawm lub khw muag khoom noj hauv zos los txiav txim seb yuav ua li cas ua agar.Nws txawm khaws dej nag los ntawm lub ru tsev uas nws nyuam qhuav ntxuav los ua cov dej demineralized, cov khoom muaj nyob rau hauv cov qauv tshuaj agar.Txhawm rau xyaum ntim cov khoom nruab nrog cev hauv agar, nws coj cov hnyuv npua los ntawm lub tsev tua tsiaj hauv zos.
Taforo tau raug tshem tawm kom rov qab mus rau ESRF thaum nruab nrab Lub Tsib Hlis rau thawj zaug kuaj mob ntsws ntawm npua.Txij lub Tsib Hlis mus txog rau Lub Rau Hli, nws tau npaj thiab tshuaj xyuas lub ntsws sab laug ntawm tus txiv neej 54 xyoo uas tuag ntawm COVID-19, uas Ackermann thiab Jonig tau coj los ntawm lub teb chaws Yelemees mus rau Grenoble.
"Thaum kuv pom thawj daim duab, muaj tsab ntawv thov txim hauv kuv tus email rau txhua tus neeg koom nrog hauv txoj haujlwm: peb ua tsis tiav thiab kuv tsis tuaj yeem tau txais daim ntawv scan zoo," nws hais."Kuv nyuam qhuav xa lawv ob daim duab uas txaus ntshai rau kuv tab sis zoo rau lawv."
Rau Lee ntawm University of California, Los Angeles, cov duab zoo nkauj heev: tag nrho cov duab hauv nruab nrog cev zoo ib yam li cov qauv kev kho mob CT scans, tab sis "ib lab lub sij hawm ntau cov ntaub ntawv."Nws zoo li tus neeg tshawb nrhiav tau kawm hav zoov tag nrho nws lub neej, txawm tias ya hla hav zoov hauv lub dav hlau loj, lossis taug kev raws txoj kev.Tam sim no lawv soar saum lub canopy zoo li noog ntawm tis.
Pab pawg tau tshaj tawm lawv thawj qhov kev piav qhia tag nrho ntawm HiP-CT txoj hauv kev thaum lub Kaum Ib Hlis 2021, thiab cov kws tshawb fawb kuj tau tshaj tawm cov ntsiab lus ntawm yuav ua li cas COVID-19 cuam tshuam rau qee hom kev ncig hauv lub ntsws.
Qhov kev tshuaj ntsuam kuj muaj qhov txiaj ntsig tsis txaus ntseeg: nws tau pab cov kws tshawb fawb yaum cov phooj ywg thiab tsev neeg kom txhaj tshuaj tiv thaiv.Hauv qhov xwm txheej hnyav ntawm COVID-19, ntau cov hlab ntsha hauv lub ntsws zoo li nthuav dav thiab o, thiab tsawg dua, cov hlab ntsha me me tuaj yeem tshwm sim.
Tafolo tau hais tias "Thaum koj saib cov qauv ntawm lub ntsws los ntawm tus neeg tuag los ntawm COVID, nws tsis zoo li lub ntsws - nws yog qhov tsis zoo," Tafolo tau hais.
Nws hais ntxiv tias txawm tias nyob rau hauv lub cev noj qab haus huv, cov kev soj ntsuam tau qhia txog cov yam ntxwv ntawm lub cev tsis zoo uas tsis tau sau tseg vim tias tsis muaj tib neeg lub cev puas tau raug tshuaj xyuas hauv cov ntsiab lus zoo li no.Nrog ntau dua $ 1 lab nyiaj los ntawm Chan Zuckerberg Initiative (ib lub koom haum tsis muaj txiaj ntsig tau tsim los ntawm Facebook CEO Mark Zuckerberg thiab Zuckerberg tus poj niam, tus kws kho mob Priscilla Chan), pab pawg HiP-CT tab tom tsim qhov hu ua atlas ntawm tib neeg lub cev.
Txog tam sim no, pab pawg tau tshaj tawm tsib lub cev - lub plawv, lub hlwb, lub raum, lub ntsws, thiab tus po - raws li cov kabmob uas tau pub los ntawm Ackermann thiab Jonigk thaum lawv qhov kev kuaj mob COVID-19 hauv tebchaws Yelemes thiab kev noj qab haus huv "tswj" lub cev LADAF.Anatomical Laboratory ntawm Grenoble.Pab neeg no tau tsim cov ntaub ntawv, nrog rau cov yeeb yaj kiab ya, raws li cov ntaub ntawv uas muaj dawb hauv Is Taws Nem.Lub Atlas ntawm tib neeg lub cev tau nthuav dav sai: lwm 30 lub cev tau raug kuaj xyuas, thiab lwm 80 yog nyob rau ntau theem ntawm kev npaj.Ze li ntawm 40 pawg tshawb fawb sib txawv tau hu rau pab neeg kom paub ntau ntxiv txog txoj hauv kev, Li hais.
UCL kws kho mob plawv Cook pom muaj peev xwm zoo hauv kev siv HiP-CT kom nkag siab txog qhov pib ntawm lub cev.UCL kws kho mob hluav taws xob Joe Jacob, uas tshwj xeeb hauv kev mob ntsws, hais tias HiP-CT yuav yog "tsis muaj txiaj ntsig rau kev nkag siab txog kab mob," tshwj xeeb hauv cov qauv peb sab xws li cov hlab ntsha.
Txawm tias cov neeg ua yeeb yam tau nkag mus rau hauv fray.Barney Steele ntawm London-based experiential art collective Marshmallow Laser Feast hais tias nws tab tom tshawb nrhiav seb HiP-CT cov ntaub ntawv tuaj yeem tshawb pom hauv qhov muaj tiag virtual."Qhov tseem ceeb, peb tab tom tsim kev taug kev los ntawm tib neeg lub cev," nws hais.
Tab sis txawm tias tag nrho cov lus cog tseg ntawm HiP-CT, muaj teeb meem loj.Ua ntej, hais tias Walsh, HiP-CT scan ua rau "staggering cov ntaub ntawv," yooj yim terabyte ib lub cev.Txhawm rau tso cai rau cov kws kho mob siv cov kev ntsuas no hauv lub ntiaj teb tiag, cov kws tshawb fawb vam tias yuav tsim cov huab-raws li kev sib tham rau kev taug qab lawv, xws li Google Maps rau tib neeg lub cev.
Lawv kuj xav tau kom nws yooj yim dua los hloov cov scans rau hauv 3D qauv ua haujlwm.Zoo li txhua txoj hauv kev CT scan, HiP-CT ua haujlwm los ntawm kev noj ntau 2D daim ntawm ib qho khoom thiab muab tso ua ke.Txawm niaj hnub no, feem ntau ntawm cov txheej txheem no tau ua tiav manually, tshwj xeeb tshaj yog thaum kuaj cov ntaub so ntswg txawv txav lossis mob.Lee thiab Walsh hais tias pab pawg HiP-CT qhov tseem ceeb yog los tsim kev kawm tshuab uas tuaj yeem ua rau txoj haujlwm no yooj yim dua.
Cov kev cov nyom no yuav nthuav dav raws li cov atlas ntawm tib neeg lub cev nthuav dav thiab cov kws tshawb fawb tau ua siab ntev.Pab pawg HiP-CT tab tom siv ESRF beam ntaus ntawv tshiab, hu ua BM18, txhawm rau txheeb xyuas qhov haujlwm ntawm lub cev.Lub BM18 tsim lub X-ray beam loj dua, uas txhais tau hais tias kev soj ntsuam yuav siv sij hawm tsawg dua, thiab BM18 X-ray detector tuaj yeem muab tso rau ntawm qhov deb ntawm 125 feet (38 meters) deb ntawm cov khoom siv scan, ua kom pom tseeb dua.Cov txiaj ntsig BM18 twb tau zoo heev, hais tias Taforo, uas tau rov tshuaj xyuas qee yam ntawm tib neeg Organ Atlas cov qauv ntawm cov kab ke tshiab.
BM18 tseem tuaj yeem luam theej duab cov khoom loj heev.Nrog rau qhov chaw tshiab, pab pawg npaj yuav tshuaj xyuas tag nrho lub cev ntawm tib neeg lub cev hauv ib qho kev poob qis thaum kawg ntawm 2023.
Tshawb nrhiav lub peev xwm loj ntawm thev naus laus zis, Taforo tau hais tias, "Peb tsuas yog thaum pib xwb."
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