Un equipo internacional publicó un atlas digital de órganos humanos en 3D, que permite visualizar, en tres dimensiones, cerebros, pulmones, riñones y otros órganos completos con un nivel de detalle inédito.
La plataforma, disponible en acceso abierto, ofrece imágenes de alta resolución que conectan la escala celular con la anatomía macroscópica, lo que representa un avance para la ciencia biomédica y la educación médica.
El proyecto es impulsado desde el University College de Londres (UCL) y el Laboratorio Europeo de Radiación Sincrotrón (ESRF) en Grenoble, Francia, en colaboración con nueve institutos de Europa y Estados Unidos.
La nueva herramienta, descrita como una especie de “Google Earth del cuerpo humano”, permite a investigadores, médicos, estudiantes y público general recorrer los órganos desde su estructura global hasta las células individuales, sin necesidad de cortar o dañar los tejidos. La tecnología empleada fue bautizada como HiP-CT (tomografía jerárquica de contraste de fase, por sus siglas en inglés) y utiliza la fuente de radiación de sincrotrón más brillante del mundo, situada en el ESRF.
La creación del atlas requirió cinco años de trabajo y el desarrollo de una infraestructura tecnológica capaz de procesar y almacenar grandes volúmenes de información. Cada escaneo puede ocupar cientos de gigabytes y, en el caso de un cerebro humano, la información alcanza los 14 terabytes.
“Para poder almacenar esas imágenes en la nube y permitir su visualización interactiva necesitábamos una infraestructura enorme. Y en eso hemos invertido muchísimo tiempo en los últimos años, para hacer que estos datos sean realmente interactivos”, explicó Claire Walsh, ingeniera mecánica de la UCL y una de las principales impulsoras del proyecto.
A diferencia de otros repositorios anatómicos, el Atlas de Órganos Humanos (HOA) ofrece acceso libre a imágenes tridimensionales de órganos humanos intactos. El portal ya permite explorar 65 órganos (de 13 tipos diferentes) procedentes de 32 donantes y 321 conjuntos de datos completos.
Los órganos disponibles incluyen cerebro, corazón, pulmón, riñón, hígado, útero, próstata, genitales femeninos, colon, bazo, placenta, ojo y testículos. Las muestras provienen de biobancos europeos como el Biobanco Unificado de Hannover o el Laboratorio de Anatomía de los Alpes Franceses.
La herramienta se apoya en los principios FAIR (findable, accessible, interoperable, reusable) y pone a disposición del público datos abiertos, así como tutoriales, recursos formativos y opciones para descargar los conjuntos de datos en múltiples resoluciones. Cada escaneo cuenta con metadatos que describen el donante, el órgano, además de un identificador digital permanente (DOI) para facilitar su reutilización en investigaciones futuras.
Un salto tecnológico para la imagen biomédica
El avance central del atlas radica en la aplicación de la tecnología HiP-CT, que utiliza rayos X de contraste de fase generados por la fuente de sincrotrón ESRF-EBS, considerada 100.000 millones de veces más brillante que las fuentes hospitalarias convencionales.
Esta innovación permite escanear órganos humanos ex vivo de manera no destructiva y obtener imágenes con una resolución de entre 8 y 20 micras, llegando a hacer zoom en regiones específicas hasta el nivel de una micra, lo que equivale a 50 veces menos que el grosor de un cabello humano.
La doctora Walsh explicó que el equipo enfrentó el desafío de escanear órganos completos y manipular grandes volúmenes de datos. Para inmovilizar los órganos durante el escaneo, se emplearon cilindros rellenos de gelatina de agar, de origen vegetal. La investigadora subrayó el potencial del atlas para el estudio de enfermedades como el cáncer, donde la imagen clínica convencional solo permite detectar metástasis de tamaño considerable.
“Con la imagen clínica solo puedes ver metástasis relativamente grandes. Y con histología, con cortes, es como buscar una aguja en un pajar. Con la HiP-CT puedes hacer barridos de alta resolución y detectar posibles micrometástasis, para luego escanear esa zona con aún más detalle”, describió.
El método HiP-CT ya permitió identificar lesiones vasculares microscópicas en pulmones de pacientes fallecidos por covid-19, redefinir la comprensión de trastornos cardíacos y aportar información inédita sobre la patogénesis de enfermedades ginecológicas y renales. “En el riñón descubrimos que los glomérulos no están todos al final de la red vascular, como se creía, sino distribuidos de forma completamente distinta”, señaló Walsh.
El consorcio Human Organ Atlas Hub, que impulsa el proyecto, está integrado por más de una veintena de investigadores, médicos, ingenieros y especialistas en infraestructura. El primer desarrollo de la tecnología se realizó en 2021, en medio de la pandemia, y desde entonces se incorporaron nuevas funciones y más datos.
Según la investigadora, la colección inicial contiene una mayoría de órganos masculinos porque los hombres presentaron peores resultados ante la covid-19 y hubo más donaciones de este grupo. No obstante, Walsh aclaró que la proporción se equilibrará en futuras actualizaciones, ya que “tenemos más donantes femeninas, pero esta primera colección está muy influida por los casos de covid”.
La edad promedio de los donantes es de 73 años. La especialista asoció este dato con las prioridades de la medicina de trasplantes: “La gente joven suele estar destinada a trasplantes, así que el atlas siempre estará más orientado a edades avanzadas”. A su vez, remarcó que el envejecimiento representa uno de los desafíos socioeconómicos globales, ya que las enfermedades asociadas a la edad constituyen una carga principal para la salud pública en la actualidad.
Ciencia abierta y aplicaciones futuras
La publicación del atlas fue celebrada en la comunidad científica como un ejemplo de ciencia abierta y colaboración internacional. “El Atlas de órganos humanos demuestra lo que la ciencia en equipo puede lograr en su máxima expresión”, afirmó Walsh. Por su diseño, el repositorio busca facilitar el acceso y la reutilización de los datos, tanto para la investigación como para la formación académica y el desarrollo de inteligencia artificial en medicina.
Los conjuntos de datos tridimensionales de alta calidad resultan especialmente útiles para el entrenamiento de algoritmos de aprendizaje automático dedicados a segmentar tejidos, detectar enfermedades y analizar imágenes en superresolución. “Este ‘google earth’, según sus responsables, proporciona un conjunto de datos jerárquico y seleccionado ideal para entrenar modelos de aprendizaje automático para la segmentación, la detección de enfermedades y el análisis de superresolución”, publicaron sus creadores.
La plataforma incorpora herramientas de software para analizar y visualizar los órganos en el navegador, junto con galerías de imágenes, videos y recursos para descargar información en diferentes niveles de resolución. El equipo espera expandir el repositorio con más órganos, una mayor diversidad de donantes y nuevas funciones, a la vez que promueve la construcción de una comunidad global abierta y conectada. El objetivo a largo plazo es desarrollar la técnica para obtener imágenes de cuerpos humanos completos con una resolución 10 a 20 veces superior a la actual.
El impacto potencial del atlas alcanza tanto al diagnóstico temprano de enfermedades como a la comprensión de patologías multisistémicas. “Durante mucho tiempo se pensó que la enfermedad pulmonar obstructiva crónica era exclusivamente pulmonar, pero las personas con EPOC tienen mucha más tendencia a problemas cardiovasculares, claramente hay un componente multisistémico. Lo mismo sucede con diabetes, hipertensión y otras enfermedades multisistémicas”, relató Walsh.
La publicación del portal marca un punto de inflexión en la anatomía, la docencia y la investigación biomédica. Como destacó la ingeniera del UCL, “estos datos podrían transformar la forma en que se estudia y se comprende la anatomía”.
El consorcio Human Organ Atlas Hub ya trabaja en la incorporación de nuevos conjuntos de datos y en el perfeccionamiento de la técnica para acercarse a una visión global y precisa de los órganos humanos, con aplicaciones para la medicina, la inteligencia artificial y la educación de las próximas décadas.
