de.wedoany.com-Bericht: Forschern des University College London (UCL) und der Europäischen Synchrotronstrahlungsanlage (ESRF) ist es erstmals gelungen, mithilfe der hierarchischen Phasenkontrast-Tomographie (HiP-CT) eine dreidimensionale Karte des kardialen Erregungsleitungssystems von Patienten mit Fallot-Tetralogie zu erstellen. Diese Karte offenbart anatomische Merkmale, die zu Herzleitungsstörungen bei Patienten führen können, und bietet Chirurgen eine klarere Navigation. Die Studie, die im Rahmen der internationalen Zusammenarbeit am Human Organ Atlas durchgeführt wurde, wurde im Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery veröffentlicht.
Angeborene Herzfehler betreffen weltweit etwa 1 % der Bevölkerung. Viele Säuglinge müssen nach der Geburt einer Herzoperation unterzogen werden. Obwohl die Überlebensrate hoch ist, können bei einigen Patienten später Komplikationen wie Herzrhythmusstörungen auftreten. Chirurgen stehen seit langem vor einem Problem: Das feine kardiale Erregungsleitungssystem ist während der Operation unsichtbar, und wenn es gestört wird, kann dies Probleme verursachen. Andrew Cook, Professor für Herzanatomie am UCL und leitender Autor der Studie, verglich dieses Dilemma mit einer Hausrenovierung: „Man würde nicht anfangen, Löcher in die Wand zu bohren, ohne zu wissen, wo die Kabel verlaufen. Das gleiche Prinzip gilt für das Herz.“
Die von den Forschern verwendete HiP-CT-Technologie wurde von einem internationalen Team unter der Leitung des UCL an der ESRF in Grenoble, Frankreich, entwickelt. Diese Technologie nutzt eine neue Generation von Synchrotronstrahlungsquellen, die eine millionenfach höhere Röntgenstrahlintensität als herkömmliche Krankenhaus-CT-Scanner bietet. Sie ermöglicht es, ganze menschliche Organe ex vivo und zerstörungsfrei zu scannen und bis nahe an die Zellauflösung heranzuzoomen, minimal bis zu 2 Mikrometer. Joseph Brunet, Forscher am UCL und Gastwissenschaftler an der ESRF, erklärte, dass Radiologie und Histologie seit über einem Jahrhundert sehr unterschiedliche Ansichten des Körpers lieferten; die HiP-CT-Technologie schließe diese Lücke nun endgültig.
Mithilfe der HiP-CT-Technologie untersuchten die Forscher zerstörungsfrei 18 vollständige menschliche Herzpräparate, sowohl erkrankte als auch gesunde. Durch die 3D-Rekonstruktion der Scandaten zeichnete das Team das feine Fasernetzwerk des kardialen Erregungsleitungssystems nach. Die Ergebnisse zeigten, dass bei Patienten mit Fallot-Tetralogie die elektrischen Leitungsbahnen im rechten Ventrikel dünner sind als bei gesunden Herzen und auf dem Ventrikelseptum in einer Form verteilt sind, die an einen Stoffüberzug erinnert. Diese Entdeckung bietet Chirurgen ein klareres Bild der anatomischen Struktur. Adrian Crucean, Facharzt für angeborene Herzchirurgie am Birmingham Children's Hospital und am Queen Elizabeth Hospital in Großbritannien, erklärte, dass jede neue Erkenntnis über die Anatomie des Herzens dazu beitragen könne, die Operationstechniken in diesem äußerst anspruchsvollen Umfeld zu verbessern.
Monique Jongbloed, Expertin für angeborene Herzerkrankungen bei Erwachsenen am Leiden University Medical Center und Mitglied des EuReCCA-Konsortiums, wies darauf hin, dass viele erwachsene Patienten in der Kindheit erfolgreich operiert wurden, später jedoch Komplikationen wie Herzrhythmusstörungen entwickelten. „Diese Informationen sind zweifellos ein Game-Changer, der unser Verständnis der Struktur und genauen anatomischen Lage des Erregungsleitungssystems bei angeborenen Herzfehlern neu formt.“
Die Forscher entwickelten auch Rechenwerkzeuge, die es ermöglichen, die Daten in einer immersiven 3D-Umgebung zu analysieren und zu visualisieren. Vaishnavi Sabarigirivasan, Doktorandin am UCL und korrespondierende Autorin der Studie, erklärte, dass diese Informationen in die virtuelle Realität übertragen und in 3D ausgedruckt werden könnten, um Chirurgen auszubilden; es sei nie zuvor möglich gewesen, das Erregungsleitungssystem auf diese Weise zu sehen. Paul Tafforeau, Wissenschaftler an der ESRF und Pionier der Bildgebungstechnologie für den Human Organ Atlas, sagte, dass die HiP-CT-Technologie ursprünglich während der COVID-19-Pandemie zur Untersuchung menschlicher Lungen entwickelt wurde und dass sich die Datenqualität und die Erfassungsgeschwindigkeit innerhalb weniger Jahre drastisch verbessert hätten, sodass nun genügend Organe für relevante pathologische Studien gescannt werden könnten. Peter Lee, Professor für Maschinenbau am UCL und leitender Forscher des HOA-Strahls, betonte, dass der Human Organ Atlas Wissenschaftler und Ärzte aus neun Einrichtungen weltweit zusammenbringe, sich ständig erweitere und helfe, neue Erkenntnisse über Krankheiten von Arthrose bis hin zu Herzerkrankungen zu gewinnen. Claire Walsh, außerordentliche Professorin für Maschinenbau am UCL und Direktorin des Human Organ Atlas, wies darauf hin, dass der Atlas die Teamwissenschaft in ihrer besten Form zeige, eine unglaubliche Ressource sei und weiter wachsen werde.
Die Mitglieder des EuReCCA-Konsortiums, die aus London, Paris, Leiden und Birmingham kommen und über spezifische Fachkenntnisse in der strukturellen Architektur des Herzens verfügen, erweitern ihre Forschung auf andere Formen angeborener Herzfehler wie die „Single-Ventricle-Erkrankung“. Zu ihren Zielen gehören die „tiefe Phänotypisierung“ von angeborenen und erworbenen Herzerkrankungen, die schnelle Umsetzung der Forschung in die klinische Praxis und die chirurgische Ausbildung sowie die Erstellung von Open-Access-Daten, die Wissenschaftler bei der Entwicklung „digitaler Zwillinge“ der Herzfunktion unterstützen.
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