研究人员创建3D肝脏模型以改善对非酒精性脂肪肝疾病的诊断

非酒精性脂肪肝疾病在发达国家已成为最常见的慢性肝病。肝组织的组织学分析是诊断和区分疾病不同阶段的唯一被广泛接受的测试。但是，此技术仅以低分辨率提供肝脏组织的二维图像，而忽略了潜在的重要3D结构变化。德累斯顿马克斯普朗克分子细胞生物学和遗传学研究所的研究人员以及卡尔·古斯塔夫·卡鲁斯·德累斯顿大学医院以及德累斯顿工业大学的同事们现在已经为不同疾病阶段的人体肝脏组织建立了3D几何和功能模型。它们揭示了新的关键组织改变，提供了对病理生理学的新见解，并为高清医学诊断做出了贡献。

非酒精性脂肪肝疾病的特征在于肝脏中脂肪的积累，由于除酒精摄入以外的原因引起的胰岛素抵抗。它包括从简单脂肪变性(“非进行性”和可逆性)到非酒精性脂肪性肝炎的一系列肝脏疾病，这些疾病可能发展为肝硬化，肝癌或肝衰竭，需要最终移植。在2017年，估计全球有24%的人口受到该疾病的影响，这使其成为慢性肝病的主要原因。

肝组织的常规组织学分析是诊断疾病进展的金标准，但它有几个缺点：肝组织的低分辨率2D图像仅允许进行半定量评估，并且它是主观的，因为它取决于病理学家的技能。最重要的是，它无法提供有关组织结构和功能的3D信息，因为肝脏具有复杂的3D组织结构：它由功能单元，肝小叶(包含两个相互缠绕的网络)，血流的正弦曲线和胆小管组成。胆汁分泌和通量。这样的架构使得难以从2D组织学图像掌握3D组织和整体组织结构。

空间信息

为了克服诊断方面的这些限制，Max Planck总监Marino Zerial的研究团队与德累斯顿，罗斯托克和基尔大学医院以及德累斯顿工业大学信息服务和高性能计算中心的同事一起开发了3D非酒精性脂肪肝疾病不同阶段的人类肝脏组织的空间分辨几何和功能模型。

2017年，Marino Zerial研究小组通过对其几何形状的多分辨率3D分析，开发了小鼠肝内胆管网络和胆汁流动的模型。现在，研究小组检查了人类肝脏组织的3D组织。尽管在2D图像中已经可以看到一些缺陷，但是只有在3D重建后才能识别胆管和正弦网络的变化。该研究的第一作者FabiánSegovia-Miranda报告说：“使组织透明和多光子显微镜的最新进展允许对较厚的组织切片进行成像，从而可以捕获3D信息。” 然后，通过信息服务和高性能计算中心创建的模型，使用这些组织的3D数字重建来计算胆汁流体动力学。

胆汁流量受损

信息服务和高性能计算中心的Lutz Brusch解释说：“虽然通过模拟已解决了通过较大毛细血管的血流流体动力学问题，但由于缺乏准确的人体几何数据，到目前为止，对于胆汁来说这是不可能的所有相关尺度的组织。” 通过显微镜，数字图像重建和计算模型的结合，研究人员确定了一组与疾病进展相关的细胞和组织参数。Fabián补充说：“我们发现3D胆管网络的结构在受影响的组织中有很大不同。这种结构变化也具有至关重要的功能后果。使用个性化的胆汁液动力学模拟，

德累斯顿系统生物学中心的成员马里诺·泽里亚尔(Marino Zerial)表示：“高清医学为在症状出现之前就对疾病进行早期诊断铺平了道路。这也有助于我们确定分子致病机制，以设计新颖的药物。治疗。” 德累斯顿大学医院的Jochen Hampe补充说：“这种对肝脏组织的三维分析使我们能够对疾病的机制有了全新的认识。这使我们能够更好地了解胆汁流量与疾病进展之间的关系。治疗方法。”