3-D-Modell der menschlichen Leber für eine bessere Diagnose

3-D-Modell der menschlichen Leber für eine bessere Diagnose

Nicht-alkoholische Fettleber ist immer die häufigste chronische Lebererkrankung in den entwickelten Ländern. Histologische Analyse von Leber-Gewebe ist die einzige, weitgehend akzeptierten test für die Diagnose und die Unterscheidung zwischen verschiedenen Stadien der Krankheit. Jedoch bietet diese Technik nur zwei-und dreidimensionale Bilder der Leber Gewebe in niedriger Auflösung und mit Blick auf eine möglicherweise wichtige 3-D-strukturellen Veränderungen. Forscher am Max-Planck-Institut für Molekulare Zellbiologie und Genetik in Dresdenand das Universitätsklinikum Carl Gustav Carus Dresden gemeinsam mit Kollegen von der technischen Universität Dresden nun generierten 3-D geometrische und funktionelle Modelle des menschlichen Lebergewebe für die verschiedenen Krankheitsstadien. Sie zeigen neue kritische Gewebe-Veränderungen, bietet neue Einblicke in die Pathophysiologie und einen Beitrag zu einem high definition-die medizinische Diagnose.

Nicht-alkoholische Fettleber-Erkrankung ist charakterisiert durch die Ansammlung von Fett in der Leber ist mit einer Insulinresistenz durch andere Ursachen als die Einnahme von Alkohol. Es umfasst ein Spektrum von Lebererkrankungen, von der einfachen Steatose („non-progressive“ und reversibel), um nicht-alkoholische steatohepatitis, die Fortschritte zu Leberzirrhose, Leberkrebs oder Leberversagen, erfordern schließlich transplantation. Im Jahr 2017 schätzungsweise 24 Prozent der weltweiten Bevölkerung von der Krankheit betroffen, das macht es die führende Ursache der chronischen Lebererkrankung.

Konventionelle histologische Analyse von Leber-Gewebe ist der Goldstandard für die Diagnose das Fortschreiten der Krankheit, aber es hat mehrere Nachteile: Die niedrige Auflösung, 2-D-Bilder der Leber Gewebe erlauben nur eine semi-quantitative Auswertung und es kann subjektiv, denn es hängt von den Pathologen Fähigkeiten. Am wichtigsten ist, es nicht zu 3-D-Informationen auf Gewebe Struktur und Funktion der Leber hat eine komplexe 3-D-Gewebe-Organisation: Es besteht aus funktionellen Einheiten der Leber lobuli, mit zwei Ineinander verschlungenen Netzwerke, die sinusoide, die für die Durchblutung und die Galle canaliculi für Galle Sekretion und Fluss. Solche Architektur macht es schwierig zu begreifen, die 3-D-Organisation und die Allgemeine Gewebe-Struktur von 2-D histologische Bilder.

Räumliche Informationen

Zur überwindung dieser Einschränkungen in der Diagnose, die Forscher des Max-Planck-Direktor Marino Zerial zusammen mit Kollegen aus den Universitätskliniken in Dresden, Rostock und Kiel, und aus dem Zentrum für Informationsdienste und Hochleistungsrechnen an der Technischen Universität Dresden entwickelten 3-D räumlich aufgelöste geometrische und funktionelle Modelle des menschlichen Lebergewebe in den verschiedenen Phasen der nicht-alkoholischen Fettleber.

Im Jahr 2017 wird die Arbeitsgruppe von Marino Zerial ein Modell entwickelt, der die canalicular bile network und der Galle fließen in den Leberzellen der Maus mit multi-resolution 3-D-Analyse der geometrie. Nun, das team untersuchte die 3-D-Organisation des menschlichen Lebergewebe. Obwohl mehrere Mängel schon in 2-D-Bilder, die Veränderungen von Galle canaliculi und Sinus-Netzwerke können nur anerkannt werden, auf ein 3-D-Rekonstruktion. Fabián Segovia-Miranda, der erste Autor der Studie berichtet: „die Jüngsten Fortschritte machen Gewebe transparent und multi-Photonen-Mikroskopie ermöglichen es, die für die imaging dicker gewebeschnitte, so dass 3-D-Daten erfasst werden können.“ Die 3-D-digitale Rekonstruktion dieser Gewebe wurde dann verwendet, um rechnerisch simulieren Galle fluid dynamics durch ein Modell, erstellt durch das Zentrum für Informationsdienste und Hochleistungsrechnen.

Gestörter Gallefluss

Lutz Brusch vom “ Center for Information Services and High Performance Computing, erklärt: „Während die Fluiddynamik des Blutes fließen durch die relativ großen Kapillaren wurde behoben, durch Simulationen war dies bisher unmöglich, die Galle aufgrund der Mangel an genauen geometrischen Daten des menschlichen Gewebes auf allen relevanten Skalen.“ Mit Mikroskopie, digitale Bild Rekonstruktion und numerische Modellierung kombinierte, die Forscher identifizierten eine Reihe von Zell-und Gewebe-Parametern verbunden mit Fortschreiten der Krankheit. Fabian fügt hinzu: „Wir haben entdeckt, dass die Struktur der 3-D-Galle-canaliculi-Netz ist grundlegend anders im betroffenen Gewebe. Solche strukturellen änderungen haben auch wichtige funktionelle Konsequenzen. Durch personalisierte biliäre fluid-Dynamik-Simulationen, erfuhren wir, dass die Strömung von Galle, in einigen kleinen Gebieten des Gewebes beeinträchtigt wird, die sogenannte micro-Cholestase.“