L’anatomie grossière révèle des formes tridimensionnelles de pathologie à grande échelle. L’histologie, en revanche, révèle l’anatomie microscopique des structures biologiques. Mais ce grossissement a un coût – ; l’histologie ne montre que des formes bidimensionnelles car elle étudie de petites tranches plates de tissu coloré.
Ce manque de trois dimensions signifie que l’histologie peut manquer des physiopathologies importantes dans les poumons endommagés des patients atteints de tuberculose, ou TB, et de COVID-19, les deux maladies infectieuses les plus meurtrières de l’humanité ces dernières années.
Les chercheurs rapportent maintenant qu’un puissant outil d’imagerie appelé microCT peut être utilisé pour créer un atlas tridimensionnel ou 3D du spectre des lésions pulmonaires dans la tuberculose et le COVID-19, à des niveaux quasi microscopiques. Cela donne un aperçu inattendu de la microarchitecture invisible des lésions dans le contexte de l’ensemble du poumon.
La recherche, publiée dans la revue EMBO Molecular Medicine – ; avec l’une des images 3D présentées sur la couverture du journal, a été dirigée par Adrie Steyn, Ph.D., professeur au Département de microbiologie de l’Université de l’Alabama à Birmingham et membre de l’Africa Health Research Institute, ou AHRI, University du KwaZulu-Natal, à Durban, en Afrique du Sud, ainsi que des chercheurs de l’UAB et de l’AHRI et des collègues de diverses institutions sud-africaines.
À notre connaissance, il s’agit de la première étude à utiliser la microCT pour élucider les caractéristiques macro et microscopiques des lésions tuberculeuses telles que la cavitation, la calcification et la nécrose, ainsi que la physiopathologie du COVID-19 sur de grands échantillons pulmonaires en trois dimensions. Une nouvelle contribution majeure de cette étude est la caractérisation des voies respiratoires oblitérées dans la tuberculose et l’hémorragie due à la rupture de vaisseaux sanguins dans les poumons COVID-19 qui ne serait pas possible avec les plates-formes bidimensionnelles conventionnelles. En outre, l’analyse microCT d’un lobe pulmonaire COVID-19 entier en 3D représente une avancée technique qui nous a permis de contextualiser la pathologie vasculaire dans la plus grande architecture pulmonaire et de visualiser la micro-architecture vasculaire avec des détails remarquables.
Adrie Steyn, Ph.D., professeur, Département de microbiologie, Université de l’Alabama à Birmingham
L’un des avantages du microCT est de créer une image 3D d’une lésion. Dans un article sur la tuberculose l’année dernière, Steyn et ses collègues ont montré ce pouvoir. Pendant 70 ans, ont-ils dit, les cliniciens pensaient que les granulomes tuberculeux dans les poumons des patients étaient sphériques ou ovoïdes parce que l’histologie conventionnelle montrait des caractéristiques rondes, et les chercheurs ont supposé intuitivement que cela signifiait que les granulomes étaient sphériques ou ovoïdes. Mais de telles images rondes sont similaires à la coupe d’une tranche très fine à travers une branche d’arbre épaisse et en supposant que la branche est ronde ou ovale.
Au lieu de sphères, les images 3D ont révélé que les granulomes plus gros étaient tout sauf ronds ; ils avaient des formes complexes et ramifiées. L’un ressemblait un peu à une racine de gingembre et un autre à une grappe de bourgeons précoces sur un cerisier, avant l’apparition des fleurs.
Dans l’étude actuelle de Steyn, les chercheurs ont également identifié une disposition spatiale inhabituelle de la vascularisation dans un lobe entier d’un poumon COVID-19, et des images 3D de vaisseaux sanguins ont révélé une microangiopathie associée à une hémorragie.
Notamment, dit Steyn, cette imagerie d’anomalies pathologiques a révélé des structures pathologiques cachées qui auraient pu être ignorées, démontrant une méthode puissante pour visualiser les pathologies en 3D dans le tissu pulmonaire TB et les lobes entiers du COVID-19.
Les chercheurs ont comparé le microCT avec deux plates-formes d’imagerie clinique à plus faible résolution qui ne produisent pas d’images tridimensionnelles précises des lésions tuberculeuses ; la tomographie à rayons X informatisée à haute résolution, qui est utilisée pour faciliter le diagnostic de la tuberculose, et la tomodensitométrie à rayons X « soft » à basse résolution et à faible énergie, couramment utilisée en mammographie. L’imagerie MicroCT offre une résolution plus élevée par rapport aux deux autres ; mais ses échantillons doivent être proches de la source de rayons X, de sorte que l’analyse microCT est limitée au tissu pulmonaire post-mortem ou réséqué.
Dans le monde entier, un grand nombre d’échantillons pulmonaires de tuberculose fixés au formol et inclus en paraffine issus de décennies de recherche sont disponibles. L’équipe de recherche Steyn a montré que le microCT est capable de caractériser directement les dépôts de calcium, ainsi que les granulomes nécrotiques nécrotiques et partiellement calcifiés dans ces spécimens. De plus, ils ont découvert que l’élimination de la paraffine permettait de visualiser des caractéristiques microanatomiques plus détaillées.
« Nous prévoyons que la microCT pourrait être utilisée pour établir un atlas de référence tridimensionnel du poumon tuberculeux humain dérivé de bibliothèques d’images 3D numérisées de tissus, d’organes de nouveaux patients et de bibliothèques de tissus fixes existantes », a déclaré Steyn. « Cet atlas pourrait être utilisé pour identifier de nouveaux biomarqueurs d’imagerie. De plus, nous nous attendons à ce qu’un atlas des types de lésions de la tuberculose et du COVID-19 éclaire notre compréhension de l’échec de l’immunité localisée et soit une ressource importante pour le développement thérapeutique et diagnostique.
