Indice dei contenuti
Un singolo micron, circa cinquanta volte più sottile di un capello umano: è la risoluzione raggiunta dall'Human Organ Atlas (HOA), il progetto che sta cartografando il corpo umano con un dettaglio finora impossibile. Pubblicato su Science Advances, l'atlante sfrutta un acceleratore di particelle di quarta generazione per attraversare organi interi senza tagliarli, rivelandone l'architettura cellulare in tre dimensioni.
Il principio è quello delle matrioske biologiche: cellule che formano tessuti, tessuti che formano organi, organi che si organizzano in sistemi. Ogni livello determina come l'insieme funzioni e come reagisca alle malattie. Le immagini ottenute dal team internazionale, guidato dall'European Synchrotron Radiation Facility (ESRF) in Francia e dallo University College London, mostrano cervello, cuore, polmoni, fegato e reni con un livello di zoom che attraversa tutte queste scale senza soluzione di continuità.
Come funziona la tomografia a contrasto di fase
La tecnica si chiama hierarchical phase-contrast tomography (HiP-CT) ed è stata messa a punto da Paul Tafforeau, scienziato di fascia presso l'ESRF. Sfrutta i raggi X prodotti dall'Extremely Brilliant Source (EBS), un sincrotrone capace di generare fasci fino a 100.000 miliardi di volte più brillanti di una macchina radiologica ospedaliera. Questa intensità permette di rilevare differenze minime di densità nei tessuti molli, normalmente invisibili ai raggi X tradizionali.
Il vantaggio cruciale è la non distruttività: gli organi vengono esaminati ex vivo ma rimangono intatti, conservando la possibilità di analisi successive con altri metodi. Si parte da una scansione completa dell'organo, poi si scende progressivamente di scala fino al livello cellulare, mantenendo sempre il contesto anatomico complessivo.
Cosa contiene già l’atlante
Al momento della pubblicazione, l'HOA raccoglie 87 organi e 363 dataset tridimensionali, ottenuti grazie a 54 donatori. In alcuni casi sono stati acquisiti più organi da una stessa persona, una scelta deliberata: permette di studiare come una condizione sistemica (per esempio l'ipertensione cronica di un donatore) lasci tracce simultanee in apparati diversi.
L'archivio comprende patologie comuni e rare:
- tumori, tra le principali cause di morte nei paesi industrializzati;
- danni vascolari polmonari in pazienti deceduti per COVID-19;
- caratteristiche vascolari dell'adenomiosi, disturbo ginecologico non tumorale;
- la sindrome di Dandy-Walker, malformazione congenita che colpisce meno di 1 neonato su 30.000.
Studi precedenti basati su HiP-CT avevano già identificato vie patologiche microscopiche prima sconosciute, in particolare nel modo in cui il SARS-CoV-2 danneggia i vasi sanguigni dei polmoni.
Una mole di dati da gestire
Una singola scansione può superare il terabyte. Per dare un'idea, un terabyte equivale grosso modo a 250.000 fotografie o 17.000 ore di file audio. Moltiplicato per centinaia di dataset, il volume diventa rapidamente enorme, e il progetto è stato concepito fin dall'inizio per rendere questi dati accessibili pubblicamente a ricercatori, medici, insegnanti e curiosi.
"È una risorsa per ricercatori, medici, educatori, ma anche per chiunque sia curioso di come è costruito il corpo umano", afferma Tafforeau. La rete che alimenta l'atlante riunisce nove istituti in tutto il mondo, e continua ad ampliarsi.
L’incognita dell’intelligenza artificiale
Una delle applicazioni più discusse riguarda l'addestramento dei modelli di apprendimento automatico in ambito sanitario. Un set di dati ad alta risoluzione, coerente nelle modalità di acquisizione e ricco di patologie diverse, è esattamente ciò che serve per sviluppare sistemi diagnostici più affidabili.
"Sono personalmente molto interessata a vedere come la comunità dell'IA userà l'Human Organ Atlas nei modelli di base", dichiara Claire Walsh, biofisica dello University College London e direttrice dell'HOA Hub. Il riferimento è ai cosiddetti foundation models, reti neurali di grandi dimensioni addestrate su dataset estesi e poi adattabili a compiti specifici, dalla rilevazione precoce dei tumori alla pianificazione chirurgica.
Verso il corpo intero
Il limite attuale è che HiP-CT lavora su organi isolati. Il prossimo obiettivo dichiarato dal team è scansionare corpi umani completi con una risoluzione da 10 a 20 volte superiore a quella oggi disponibile per l'imaging total-body.
"Questi dati potrebbero trasformare il modo in cui l'anatomia viene studiata e compresa", osserva Tafforeau. Peter Lee, scienziato dei materiali allo UCL, sottolinea l'effetto a catena: lo stesso strumento sta aiutando a capire patologie distanti tra loro, dall'osteoartrite alle malattie cardiache, contribuendo per esempio a chiarire come il muscolo cardiaco reagisca a un infarto, perché permette di vedere come una struttura microscopica si inserisce nel funzionamento dell'organo intero.
Per secoli l'anatomia umana è stata studiata sezionando, fissando, colorando, perdendo a ogni passaggio una parte dell'informazione tridimensionale originale. Un atlante che mostra organi interi fino al singolo micron, lasciandoli intatti, cambia il punto di partenza: non più ricostruire la complessità a partire da fette, ma esplorarla dall'esterno verso l'interno, scegliendo di volta in volta la scala più utile alla domanda che si vuole porre.
Ti potrebbe interessare
