Human Organ Atlas (HOA) revela o corpo humano ao micrómetro

Um projeto pioneiro está a mostrar o corpo humano como nunca se tinha visto: desde órgãos completos até estruturas celulares, com uma precisão sem precedentes à escala de um único micrómetro - cerca de 50 vezes mais fino do que um fio de cabelo humano.

À semelhança de bonecas russas biológicas, o nosso organismo resulta de uma construção hierárquica de células, tecidos e órgãos. É essa arquitectura que sustenta a forma como funcionam, como interagem entre si e como respondem à doença.

O que é o Human Organ Atlas (HOA)

É neste contexto que o Human Organ Atlas (HOA) surge como um “novo padrão-ouro” na imagiologia médica, ao apresentar, em três dimensões e com detalhe impressionante, a estrutura do cérebro, coração, pulmões, fígado, rins e outros sistemas do corpo.

Um dos objectivos do HOA é democratizar grandes volumes de dados científicos, incluindo inúmeras imagens que ultrapassam um terabyte (TB). Para comparação, 1 TB equivale a mais de 250.000 fotografias, 17.000 horas de ficheiros de áudio, ou 85 milhões de documentos do Microsoft Word.

“Este é um recurso para investigadores, médicos, educadores - mas também para qualquer pessoa curiosa sobre como o corpo humano é construído”, afirma Paul Tafforeau, cientista da linha de feixe na European Synchrotron Radiation Facility (ESRF), em França, que esteve na origem do método avançado de imagem utilizado na criação do HOA.

HiP-CT e a fonte EBS do ESRF: como se obtém esta resolução

A técnica chama-se tomografia hierárquica por contraste de fase (HiP-CT) e recorre a raios X produzidos por partículas de alta energia a circular dentro de um sincrotrão, ou acelerador de partículas, conhecido como Fonte Extremamente Brilhante (EBS).

Este acelerador de quarta geração disponibiliza uma ferramenta de imagiologia médica até 100 biliões de vezes mais brilhante do que os raios X habituais em ambiente hospitalar.

Até ao momento, os investigadores do HOA utilizaram a EBS para obter imagens não destrutivas de órgãos intactos, ex vivo, provenientes de dezenas de dadores, alcançando um nível de ampliação singular com resolução celular.

“Para criar o Human Organ Atlas, reunimos cientistas e médicos de nove institutos em todo o mundo”, explica o cientista de materiais Peter Lee, da University College London (UCL).

“Este grupo continua a crescer, ajudando a obter novos conhecimentos sobre doenças, da osteoartrose às doenças cardíacas, e a mudar a forma como aprendemos sobre o corpo humano.”

Em estudos anteriores, a imagiologia HiP-CT já tinha permitido identificar vias de doença até então desconhecidas à escala microscópica - incluindo lesões vasculares nos pulmões de pessoas que morreram de COVID-19, bem como características vasculares da adenomiose, uma patologia ginecológica não cancerígena.

Dados, aplicações e próximos desenvolvimentos do HOA

À data de escrita, o HOA - em actualização contínua - reúne 87 órgãos e 363 conjuntos de dados tridimensionais, viabilizados por 54 dadores até agora.

Em determinados casos, o atlas inclui imagens de vários órgãos do mesmo dador. Entre eles, encontra-se um indivíduo com historial de hipertensão arterial, o que permite aos clínicos avaliar o impacto em diferentes sistemas de órgãos - um dos principais objectivos de investigação.

Também estão representadas várias outras doenças, incluindo o cancro, que figura entre as principais causas de morte no Norte Global, além de patologias raras, como a síndrome de Dandy-Walker, uma condição congénita que afecta menos de 1 em 30.000 recém-nascidos.

Para além da formação e do ensino na área da medicina, o HOA poderá ainda servir para treinar modelos de aprendizagem automática, cada vez mais comuns nos cuidados de saúde, para o bem e para o mal.

A utilização de um conjunto de treino tão abrangente e de alta resolução para treinar IA poderá traduzir-se numa melhor detecção de doenças e em estratégias terapêuticas mais eficazes.

“Estou pessoalmente muito entusiasmada para ver como a comunidade de IA [usa] o Human Organ Atlas em modelos fundacionais de IA”, diz a biofísica da UCL Claire Walsh, directora do HOA Hub.

Ao iluminar profundidades ainda pouco exploradas da fisiologia humana, os investigadores esperam que este trabalho reforce o envolvimento do público com a ciência, enquanto novos avanços se aproximam.

“Actualmente trabalhamos com órgãos isolados, mas no futuro esperamos desenvolver a técnica para conseguir obter imagens de corpos humanos completos com uma resolução 10 to 20 times superior ao que é possível hoje”, afirma Tafforeau.

“Esses dados poderão transformar a forma como a anatomia é estudada e compreendida.”

Esta investigação foi publicada na Science Advances.