Nuova innovativa rappresentazione ai raggi X scopre in modo scioccante che SARS-CoV-2 provoca estesi danni vascolari cardiaci

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Scienziati dell’Università di Göttingen-Germania, Hannover Medical School-Germany, Technical University of Denmark-Denmark e University Medical Center dell’Università Johannes Gutenberg Mainz-Germany in un nuovo studio, che utilizza una nuova ed innovativa piattaforma di imaging a raggi X, hanno scoperto in modo scioccante che il coronavirus SARS-CoV-2 è in grado di causare estesi danni vascolari al cuore!

Lo studio ha riscontrato cambiamenti significativi nel tessuto muscolare cardiaco di persone morte per COVID-19.

Finora il danno al tessuto polmonare è stato per qualche tempo il fulcro della ricerca in questo settore ed è stato ora studiato a fondo, ma si sa poco sul grado di danno che il coronavirus SARS-CoV-2 fa ad altri organi, tessuti e sistemi nell’essere umano ospite.
 
Questo è il primo studio che sostiene per la prima volta il coinvolgimento del cuore nel COVID-19 a livello microscopico mediante l’imaging e l’analisi del tessuto interessato nelle tre dimensioni.
 
Il team di studio ha utilizzato una nuova tomografia a raggi X a contrasto di fase per caratterizzare la struttura tridimensionale (3d) del tessuto cardiaco dei pazienti che hanno ceduto al COVID-19.
 
Estendendo l’esame istopatologico convenzionale di una terza dimensione, i delicati cambiamenti patologici del sistema vascolare delle gravi progressioni di Covid-19 possono essere analizzati, completamente quantificati e confrontati con altri tipi di miocardite virale e controlli. 

A tal fine, sono stati scansionati campioni cardiaci con una sezione trasversale di 3:5 mm in una configurazione di laboratorio e in una configurazione a fasci paralleli presso un impianto di radiazione di sincrotrone.

La rete vascolare è stata segmentata da un’architettura di deep learning adatta per set di dati 3D (V-net), addestrata da annotazioni manuali sparse.
 
Sono state osservate alterazioni patologiche dei vasi, relative alla variazione dei diametri e alla quantità di piccoli fori, indicative di elevata insorgenza di angiogenesi intussuscettiva, confermata anche dalla tomografia a raggi X ad alta risoluzione e dalla microscopia elettronica a scansione.
 
Il team dello studio ha implementato un’analisi completamente automatizzata della struttura del tessuto sotto forma di misure di forma basate sul tensore della struttura.
 
Le distribuzioni corrispondenti mostrano che l’istopatologia di COVID-19 differisce sia dalla miocardite da virus dell’influenza che da quella tipica del virus Coxsackie. Il danno vascolare al cuore era molto più esteso di quello mai visto prima in qualsiasi infezione virale.
 
I risultati dello studio potrebbero anche avere implicazioni sul motivo per cui molti pazienti “guariti” da COVID-19 tendono ad avere problemi cardiaci settimane o mesi dopo, sebbene “esperti” ignoranti non lo colleghino a COVID-19 o sul motivo per cui i tassi in eccesso dovuti a i problemi cardiaci sono in costante aumento negli ultimi due anni.
 
I risultati dello studio sono stati pubblicati sulla rivista peer reviewed: eLife. https://elifesciences.org/articles/71359

(a sinistra) e in caso di COVID-19 grave (a destra). A causa della riformazione difettosa della rete a causa di COVID-19, nei capillari si sviluppano numerosi rami, divisioni e persino anelli, che possono essere analizzati matematicamente. Credito: M. Reichardt, P. Møller Jensen, T. Salditt

Il team di studio ha ripreso l’architettura del tessuto ad alta risoluzione utilizzando la radiazione di sincrotrone, ovvero una radiazione di raggi X particolarmente brillante, e l’ha visualizzata tridimensionalmente.

Per fare ciò, il team di monta ha utilizzato uno speciale microscopio a raggi X che l’Università di Göttingen ha installato e opera presso l’Electron Synchrotron DESY tedesco ad Amburgo.

Tessuto cardiaco sano (a sinistra) e in caso di COVID-19 grave (a destra). Mentre i vasi sanguigni nel caso sano mostrano una struttura intatta (in basso a destra), si possono vedere cavità o sacche e minuscole strutture tubolari che si formano nei vasi sanguigni fini (capillari) nel campione di tessuto COVID-19, che indicano particolari cambiamenti morfologici. Credito: M Reichardt, T Salditt

Il team di studio ha osservato chiari cambiamenti a livello dei capillari (i minuscoli vasi sanguigni) nel tessuto del muscolo cardiaco quando hanno esaminato gli effetti lì della forma grave della malattia COVID-19.

È interessante notare che, rispetto a un cuore sano, l’imaging a raggi X dei tessuti affetti da una grave malattia, ha rivelato una rete piena di fessure, rami e anse che era stata caoticamente rimodellata dalla formazione e dalla scissione di nuovi vasi.

Questi cambiamenti scioccanti sono la prima prova visiva diretta di uno dei principali fattori di danno polmonare nel COVID-19: un tipo speciale di “angiogeni intussuscettivi” (che significa formazione di nuovi vasi) nel tessuto.

È importante sottolineare che per visualizzare la rete capillare, i vasi nel volume tridimensionale dovevano prima essere identificati utilizzando metodi di apprendimento automatico.

Ciò ha richiesto al team di studio di etichettare scrupolosamente manualmente i dati dell’immagine.

Il primo autore, il dottor Marius Reichardt dell’Università di Göttingen, ha dichiarato: “Per accelerare l’elaborazione delle immagini, abbiamo quindi anche automaticamente suddiviso l’architettura del tessuto nelle sue caratteristiche simmetriche locali e quindi le abbiamo confrontate. 

I parametri ottenuti da questo hanno poi mostrato una qualità completamente diversa rispetto al tessuto sano, o anche a malattie come l’influenza grave o la miocardite comune.

I leader dello studio, il professor Tim Salditt dell’Università di Göttingen e il professor Danny Jonigk della t Hannover Medical School, hanno inoltre spiegato: “C’è una caratteristica molto speciale di questo studio, ovvero, in contrasto con l’architettura vascolare, la qualità dei dati richiesta potrebbe essere ottenuta utilizzando una piccola sorgente di raggi X nel laboratorio dell’Università di Göttingen.

In linea di principio, ciò significa che potrebbe essere fatto anche in qualsiasi clinica per supportare i patologi con la diagnostica di routine. Tale screening sanitario che coinvolge il cuore sarà molto critico considerando il danno che il nuovo coronavirus sta causando”.

Il team di studio prevede di espandere ulteriormente in futuro l’approccio di convertire i modelli caratteristici dei tessuti in valori matematici astratti al fine di sviluppare strumenti automatizzati per la diagnostica, ancora una volta sviluppando ulteriormente l’imaging a raggi X di laboratorio e convalidandolo con i dati della radiazione di sincrotrone.

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