70年来,临床医生认为他们知道病人肺部结核肉芽肿的形状。组织学——在20世纪40年代和50年代对肺组织薄片微观结构的研究——显示出圆形特征,研究人员直觉地认为肉芽肿是球形或卵形的。

这个长期存在的范例现在被证明是错误的,在研究非洲卫生研究所(AHRI)和阿拉巴马大学伯明翰分校(UAB)。从本质上讲,历史组织学是对结构的二维观察,类似于从树枝上切下非常薄的一片,一片看起来是圆形或椭圆形的。

这项新研究利用微型计算机断层扫描技术(microCT),创造了肺结核患者患病肺部组织的三维视图。这表明较大的肉芽肿不是圆形的,而是复杂的分枝形状。一个肉芽肿看起来有点像姜根,另一个肉芽肿看起来像樱花盛开前的一簇早期的花蕾。肺结核肉芽肿在形态、体积和数量上均表现出明显的异质性。(见本研究链接用于观看三维视频。)

肉芽肿是慢性炎症引起的免疫细胞聚集。在结核病中,肉芽肿通常是坏死的,这意味着它们是一团无定形的死亡碎片。

领导的研究人员教授Adrie Steyn说他使用microCT、组织学和免疫组化技术构建了坏死肉芽肿以及血管和气道的三维视图。这对结核性肉芽肿与气道和血管的空间组织产生了意想不到的影响。

Steyn说:“与简单的球形肉芽肿不同,人类坏死肉芽肿表现出复杂的圆柱形分支形态,与气道相连,并由支气管塑造。”

Steyn说这些可视化有三个影响。他们强调,在二维评估时,单个结构复杂的病变可能被错误地视为多个独立的病变。其次,在阻塞的支气管内缺乏血管形成为抗分枝杆菌药物耐受性建立了一个范例,因为微生物不受血源性杀菌剂的完全输送的保护。第三,结果表明,支气管扩散结核分枝杆菌病原体在肺里繁殖。

Steyn说:“因此,我们的发现为考虑雾化抗结核药物输送提供了理论基础。”“这种方法可以将高浓度的局部药物直接输送到肉芽肿或肺腔,可能会减少治疗时间、全身剂量和毒性。”感染的结核分枝杆菌每年约有130万人死于细菌。

斯泰恩和他的同事说,据他们所知,这是第一次对任何细菌性肺部病原体的肉芽肿、气道和脉管系统进行三维描述。

通过与德班医院的心胸外科医生和病人捐赠者的独特合作,AHRI的研究人员可以获得在称为肺切除术的拯救生命的外科手术过程中摘除的受感染肺组织的样本。MicroCT类似于普通的医学CAT扫描,但具有更好的分辨率。研究人员使用的分辨率只有12微米,大约是厨房保鲜膜的厚度。

研究“人结核性肺的CT扫描分析显示三维肉芽肿形态的显著异质性。美国呼吸和重症监护医学杂志.该期刊还发表了一篇编辑斯泰恩的研究。

与Steyn合作的作者是AHRI的Gordon Wells、Kievershen Nargan和Kapongo Lumamba;Joel N. Glasgow, UAB微生物系;南非夸祖鲁-纳塔尔省因科西阿尔伯特卢图利中央医院和大学的Rajhmun Madansein和Kameel Maharaj;罗伯特·l·亨特(Robert L. Hunter),得克萨斯大学休斯顿健康科学中心;因科西阿尔伯特卢图利中心医院的Threnesan Naidoo;南非Stellenbosch大学的lellani Coetzer, Stephan Le Roux和Anton du Plessis。

支持来自美国国立卫生研究院Al111940, AI134810, AI137043, AI138280和A127182;比尔和梅琳达·盖茨基金会奖;以及来自UAB的试点资金艾滋病研究中心,阿拉巴马大学自由基生物学中心,以及传染病和全球卫生和疫苗倡议。CRDF Global、南非医学研究理事会和南非国家研究基金会金砖国家多边基金也提供了支持。

上图:在结核分枝杆菌感染的人肺组织(透明表面)样本中,姜根状坏死病变(黄色)和周围血管(红色)的三维分割。

*的故事杰夫•汉森