Innovative Röntgenbildgebung zeigt, dass COVID-19 die Blutgefäße des Herzens schädigen kann: Studie

Ein Forscherteam der Universität Göttingen und der Medizinischen Hochschule Hannover entdeckte signifikante Veränderungen im Herzmuskelgewebe von Menschen, die an COVID-19 gestorben sind. Die Studie wurde im „eLife Journal“ veröffentlicht.

Die Schädigung des Lungengewebes steht auf diesem Gebiet schon seit einiger Zeit im Fokus der Forschung und wurde inzwischen gründlich untersucht. Die aktuelle Studie konsolidierte erstmals die kardiale Beteiligung bei COVID-19 auf mikroskopischer Ebene, indem betroffene Gewebe in drei Dimensionen abgebildet und analysiert wurden. Die Gewebestruktur bildeten die Wissenschaftler mit Synchrotronstrahlung – insbesondere heller Röntgenstrahlung – hochauflösend ab und betrachteten sie in 3D. Dazu nutzten sie ein spezielles Röntgenmikroskop der Universität Göttingen, das am Deutschen Elektronen-Synchrotron DESY in Hamburg betrieben wurde. Sie bemerkten sichtbare Veränderungen auf der Ebene der Kapillaren (Mikrogefäße) im Herzmuskelgewebe, als sie die Auswirkungen der akuten Form von COVID-19 untersuchten.

Im Vergleich zu einem gesunden Herzen zeigte die Röntgenaufnahme von schwer erkranktem Gewebe ein Netzwerk voller Spaltungen, Äste und Schlingen, die durch die Bildung und Teilung neuer Gefäße zufällig umgestaltet wurden. Diese Veränderungen sind der erste direkte visuelle Beweis für einen der Hauptgründe für Lungenschäden bei COVID-19: eine spezielle Art von „endovaskulären Genen“ (d. h. die Bildung neuer Blutgefäße) im Gewebe. Um das Kapillarnetzwerk zu visualisieren, müssen zunächst Gefäße im 3D-Volumen mit Methoden des maschinellen Lernens identifiziert werden. Dies erforderte zunächst die harte Arbeit der Forscher, die Bilddaten manuell zu benennen.

„Um die Bildverarbeitung zu beschleunigen, haben wir die Gewebestruktur außerdem automatisch in ihre lokalen symmetrischen Merkmale segmentiert und diese dann verglichen“, erklärt Marius Richardt von der Universität Göttingen und Erstautor der Forschungsarbeit. Das erklärten die Studienleiter Professor Tim Saldet von der Universität Göttingen und Professor Dani Junijk von der MHH.

Eine Besonderheit dieser Studie gibt es: Im Gegensatz zum Aufbau von Blutgefäßen kann die gewünschte Datenqualität mit einer kleinen Röntgenquelle im Labor der Universität Göttingen erreicht werden. Dies bedeutet im Prinzip, dass sie auch in jeder Klinik durchgeführt werden kann, um Pathologen bei der Routinediagnostik zu unterstützen. Zukünftig wollen die Forscher den Ansatz, unterschiedliche Gewebemuster in abstrakte mathematische Werte umzuwandeln, erweitern, um automatisierte Werkzeuge für die Diagnose zu entwickeln, wiederum durch die Entwicklung und Validierung von in-vitro-Röntgenbildgebung mit Daten aus Synchrotronstrahlung. Die Zusammenarbeit mit DESY wird in den kommenden Jahren ausgebaut. (Ani)

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