Un equipo internacional de científicos y médicos ha anunciado el lanzamiento de un nuevo portal 3D de acceso abierto que permite a los usuarios explorar órganos humanos intactos con un detalle sin precedentes, desde el órgano completo hasta las células individuales a nivel local. El Atlas de Órganos Humanos, creado mediante un potente método de imágenes de sincrotrón, reúne algunas de las imágenes 3D más detalladas de órganos humanos jamás producidas. Permite a científicos, médicos, educadores, estudiantes y al público en general explorar de forma interactiva órganos como el cerebro, el corazón, los pulmones, los riñones y el hígado, ofreciendo una nueva forma de comprender la anatomía humana y las enfermedades.
Basándose en una versión inicial, el Atlas de Órganos Humanos (HOA por sus siglas en inglés) ahora está disponible en una versión considerablemente ampliada y se puede acceder directamente a través de un navegador web estándar, sin necesidad de software especializado. La tecnología se publica en la revista Science Advances.
El Atlas se basa en un método avanzado de imagenología denominado Tomografía Jerárquica de Contraste de Fase (HiP-CT), desarrollado en el Sincrotrón Europeo (ESRF) de Grenoble, Francia, por un equipo internacional dirigido por el University College de Londres (UCL), Reino Unido. La HiP-CT utiliza la Fuente Extremadamente Brillante del ESRF —una fuente de sincrotrón de nueva generación—, hasta 100 000 millones de veces más brillante que los escáneres de TC hospitalarios convencionales.
Esto permite a los investigadores escanear órganos humanos enteros, intactos y ex vivo, de forma no destructiva y luego ampliarlos hasta una resolución casi celular (hasta menos de una micra, 50 veces más fino que el tamaño de un cabello humano). Esta técnica cierra una brecha centenaria en la medicina entre la radiología y la histología, y representa un avance importante en la imagenología biomédica.
“Para crear el Atlas de Órganos Humanos, reunimos a científicos y médicos de nueve institutos de todo el mundo. Esta agrupación continúa expandiéndose, ayudando a obtener nuevos conocimientos sobre enfermedades que van desde la osteoartritis hasta las cardiopatías, y cambiando la forma en que conocemos el cuerpo humano”, afirma Peter Lee, profesor del Departamento de Ingeniería Mecánica de la UCL e investigador principal del haz de HOA.
“El Atlas de Órganos Humanos demuestra lo que la ciencia en equipo puede lograr en su máxima expresión. Iniciamos este proyecto con el objetivo de que otros utilizaran estos datos y contribuyeran a una mayor comprensión de la fisiología humana. El Atlas de Órganos Humanos es un recurso increíble que seguirá creciendo. Personalmente, me entusiasma enormemente ver cómo la comunidad de IA utiliza el Atlas de Órganos Humanos en sus modelos básicos de IA”, afirma Claire Walsh, profesora asociada del Departamento de Ingeniería Mecánica de la UCL y directora del Centro del Atlas de Órganos Humanos.
Desde la COVID-19 hasta los trastornos cardíacos y ginecológicos
Desarrollado inicialmente durante la pandemia de COVID-19, este método ya ha dado lugar a publicaciones de gran impacto y a avances científicos, revelando lesiones vasculares microscópicas nunca antes vistas en los pulmones de pacientes fallecidos por COVID-19 o redefiniendo la comprensión de los trastornos cardíacos. La tecnología también se ha aplicado a otros órganos, aportando nuevos conocimientos sobre estructuras anatómicas complejas en la salud y la enfermedad, como la patogénesis de los trastornos ginecológicos.
“Los datos histológicos virtuales en 3D derivados del Atlas de Órganos Humanos nos brindan información valiosa sobre la patogénesis de los trastornos ginecológicos. Este conocimiento es crucial para superar las brechas actuales en la comprensión y las disparidades de género”, explica Judith Huirne, profesora de ginecología en el centro médico UMC de Ámsterdam.
Este portal del Atlas de Órganos Humanos es el resultado de más de cinco años de esfuerzo colaborativo entre muchos investigadores, ingenieros, médicos y especialistas en infraestructura, unidos dentro del Human Organ Atlas Hub, un consorcio que involucra a nueve institutos en Europa y Estados Unidos.
Desde sus inicios, el equipo ha estado comprometido con la ciencia abierta. “Desde el principio, quisimos que estos datos fueran accesibles para todos y construir una infraestructura científica abierta y compartida a escala global”, afirma Paul Tafforeau, científico de la ESRF y pionero de la técnica de imagen utilizada para crear el Atlas de Órganos Humanos. “Este es un recurso para investigadores, médicos y educadores, pero también para cualquier persona interesada en cómo está formado el cuerpo humano”.
“El Atlas de Órganos Humanos se ha convertido en poco tiempo en el estándar de oro para los datos FAIR de sincrotrones y está inspirando a otras comunidades a hacer lo mismo”, agrega Andy Gotz, administrador de datos del ESRF y coordinador del Clúster Europeo de Ciencia Abierta de Fotones y Neutrones (PANOSC).
Una herramienta única para la IA, la medicina y la educación
Según el conocimiento del equipo, este es el conjunto de datos 3D abierto de órganos humanos intactos de mayor resolución disponible actualmente. El Atlas de Órganos Humanos ofrece acceso a:
- 56 órganos, 307 conjuntos de datos 3D completos de 25 donantes
- 11 tipos de órganos, incluidos cerebro, corazón, pulmón, riñón, hígado, colon, bazo, placenta, útero, próstata y testículos
- Exploraciones multiescala, desde vistas de órganos completos hasta una resolución casi celular (habitualmente hasta 2 µm, con una precisión de hasta 0,65 micrones para algunos órganos)
El portal ha sido diseñado para extenderse mucho más allá de los laboratorios de investigación especializados. Cada conjunto de datos puede alcanzar cientos de gigabytes o incluso más de un terabyte. El más grande (un cerebro) alcanza los 14 TB. Para que los datos sean utilizables en todo el mundo, el portal ofrece:
- Visualización interactiva basada en navegador (no se requiere software especial)
- Conjuntos de datos descargables en múltiples resoluciones
- Tutoriales y herramientas de software para análisis
- Adición periódica de nuevos datos
Además de impulsar la investigación anatómica y biomédica, se espera que el Atlas se convierta en un recurso clave para la inteligencia artificial. Los conjuntos de datos 3D de gran tamaño y alta calidad son escasos, lo que limita el desarrollo de sistemas avanzados de IA médica. El Atlas de Órganos Humanos proporciona un conjunto de datos jerárquico y cuidadosamente seleccionado, ideal para entrenar modelos de aprendizaje automático para segmentación, detección de enfermedades y análisis de superresolución. Al mismo tiempo, ofrece nuevas y poderosas oportunidades para la educación médica y la participación pública con la ciencia, permitiendo a cualquier persona explorar el cuerpo humano por curiosidad.
“Los estudiantes pueden explorar órganos en 3D, desplazarse por secciones anatómicas y acercarse a los detalles del tejido interno. Esto crea una alternativa exploratoria inmersiva a los diagramas anatómicos clásicos, lo que ayuda a los estudiantes a desarrollar una comprensión espacial más clara de estructuras complejas. Tanto para profesores como para estudiantes, transforma fundamentalmente el aprendizaje de la anatomía, pasando de la descripción estática al descubrimiento guiado e interactivo”, afirma Alexandre Bellier, profesor asociado de anatomía y jefe de la Unidad de Investigación Clínica del Hospital Universitario de Grenoble Alpes.
Esto es sólo el comienzo. El equipo planea ampliar la colección en los próximos años, añadiendo más órganos, más muestras y nuevas herramientas, a la vez que fomenta una comunidad abierta en torno a los datos. La visión a largo plazo es que el atlas ofrezca acceso a la arquitectura interna del cuerpo humano y, por lo tanto, apoye la investigación, la educación, el desarrollo de la IA, la comprensión médica a nivel mundial y la participación pública en la ciencia.
“Estamos abriendo una nueva ventana a la arquitectura interna del cuerpo humano”, afirma Paul Tafforeau. “Tras seis años de esfuerzo, apenas estamos comenzando. Actualmente trabajamos con órganos aislados, pero en el futuro esperamos desarrollar la técnica para poder obtener imágenes de cuerpos humanos completos con una resolución de 10 a 20 veces superior a la actual. Estos datos podrían transformar la forma en que se estudia y se comprende la anatomía”.
Fuente: Phys.org.