Lesões pulmonares de tuberculose e COVID-19 reveladas por imagens 3D de alta resolução

A anatomia bruta revela formas tridimensionais de patologia em grande escala. A histologia, ao contrário, revela a anatomia microscópica das estruturas biológicas. Mas essa ampliação tem um custo – a histologia mostra apenas formas bidimensionais porque estuda fatias pequenas e planas de tecido corado.

Essa falta de três dimensões significa que a histologia pode perder fisiopatologias importantes nos pulmões danificados de pacientes com tuberculose (TB) e COVID-19, as duas doenças infecciosas mais mortais da humanidade nos últimos anos.

Agora, os pesquisadores relatam que uma poderosa ferramenta de imagem chamada microCT pode ser usada para criar um atlas tridimensional (3D) do espectro do pulmão lesões tanto na tuberculose quanto no COVID-19, em níveis quase microscópicos. Isso fornece informações inesperadas sobre a microarquitetura invisível das lesões no contexto de todo o pulmão.

A pesquisa, publicada na revista EMBO Medicina Molecular—com uma das imagens 3D apresentadas na capa da revista, foi conduzido por Adrie Steyn, Ph.D., professor do Departamento de Microbiologia da Universidade do Alabama em Birmingham e membro do Africa Health Research Institute (AHRI), University of KwaZulu-Natal, em Durban, África do Sul, juntamente com investigadores da UAB e AHRI e colegas de várias instituições sul-africanas.

“Até onde sabemos, este é o primeiro estudo a usar microCT para elucidar características macro e microscópicas de lesões de tuberculose, como cavitação, calcificação e necrose, bem como a fisiopatologia do COVID-19 em grandes amostras pulmonares em três dimensões”, disse Steyn. “Uma grande nova contribuição deste estudo é a caracterização de vias aéreas obliteradas na tuberculose e hemorragia de vasos sanguíneos rompidos em pulmões de COVID-19 que não seriam possíveis com plataformas bidimensionais convencionais. Além disso, análise de microCT de todo um pulmão de COVID-19 lóbulo em 3D representa um avanço técnico que nos permitiu contextualizar patologia dentro da arquitetura pulmonar maior e visualize a microarquitetura vascular com detalhes notáveis.”

Um dos benefícios da microCT é criar uma imagem 3D de uma lesão. em uma tuberculose papel no ano passado, Steyn e seus colegas mostraram esse poder. Por 70 anos, disseram eles, os médicos pensaram que os granulomas de tuberculose nos pulmões dos pacientes eram esféricos ou ovóides porque a histologia convencional mostrava características redondas, e os pesquisadores presumiram intuitivamente que isso significava que os granulomas eram esféricos ou ovóides. Mas essas imagens redondas são semelhantes a cortar uma fatia muito fina de um galho grosso de árvore e assumir que o galho é redondo ou oval.

Em vez de esferas, as imagens 3D revelaram os granulomas maiores como tudo, menos redondos – eles tinham formas complexas e ramificadas. Um parecia um pouco com uma raiz de gengibre e outro com um grupo de botões iniciais em uma cerejeira, antes que as flores aparecessem.

No estudo atual de Steyn, os pesquisadores também identificaram um arranjo espacial incomum de vasculatura dentro de um lobo inteiro de um pulmão de COVID-19, e imagens 3D de vasos sanguíneos revelaram microangiopatia associada a hemorragia.

Notavelmente, diz Steyn, esta imagem de anomalias patológicas revelou estruturas patológicas ocultas que podem ter sido desconsideradas, demonstrando um método poderoso para visualizar patologias em 3D em tecido pulmonar de TB e lobos COVID-19 inteiros.

Os pesquisadores compararam a microCT com duas plataformas de imagem clínica de baixa resolução que não fornecem imagens tridimensionais precisas de lesões de tuberculose – tomografia computadorizada de raios-X de alta resolução, que é usada para auxiliar no diagnóstico de tuberculose, e baixa resolução e baixa energia TC de raios-X “suave”, comumente usada em mamografia. A imagem MicroCT oferece maior resolução em comparação com as outras duas; mas suas amostras devem estar próximas à fonte de raios X, então a análise microCT é limitada a post-mortem ou ressecada tecido pulmonar.

Em todo o mundo, um grande número de espécimes pulmonares de tuberculose fixados em formalina e embebidos em parafina, provenientes de décadas de pesquisa, estão disponíveis. A equipe de pesquisa Steyn mostrou que o microCT pode caracterizar diretamente depósitos de cálcio, bem como granulomas necróticos necróticos e parcialmente calcificados nessas amostras. Além disso, eles descobriram que a remoção da parafina permitia a visualização de características microanatômicas mais detalhadas.

“Prevemos que o microCT pode ser usado para estabelecer um atlas de referência tridimensional da tuberculose humana pulmão derivados de bibliotecas de imagens 3D digitalizadas de tecidos, órgãos de novos pacientes e bibliotecas de tecidos fixos existentes”, disse Steyn. “Este atlas pode ser usado para identificar novos biomarcadores de imagem. Além disso, esperamos que um atlas de tuberculose e tipos de lesões de COVID-19 informe nossa compreensão da falha da imunidade localizada e seja um recurso importante para o desenvolvimento terapêutico e diagnóstico”.