COVID-19: Neue Röntgentechnik zeigt Beteiligung der Blutgefäße

Deutsches Ärzteblatt vom Freitag, 5.11.2021


Mit der hierarchischen Phasen-Kontrast-Tomographie (HiP-CT) können Anatomen bis zu einer mikroskopischen Auflösung in Organe hineinzoomen. Die in Nature Methods (2021; DOI: 10.1038/s41592-021-01317-x) vorgestellte Technik liefert neue Einblicke in die Pathogenese von COVID-19 in den Lungen, die im American Journal of Respiratory and Critical Care Medicine (2021; DOI: 10.1164/rccm.202103-0594IM) vorgestellt werden.

Die Auflösung der Computertomographie (CT) ist auch bei leistungsstarken Geräten auf wenige Milli­meter beschränkt. Die entzündlichen Vorgänge in den Alveolen und die Thrombosen in den kleineren Blutgefäßen, die postmortal bei COVID-19-Patienten in histologischen Gewebeschnitten beobachtet wurden, lassen sich nicht erkennen.

Die HiP-CT erreicht eine 100-fach höhere Auflösung bis in den Bereich von 2,5 Mikrometern. Möglich wird dies durch hochintensive Röntgenstrahlung mit stark gebündelten und parallelen Strahlen. Diese Synchrotronstrahlung kann nur durch größere Teilchenbeschleuniger erzeugt werden, die an wenigen Orten weltweit zur Verfügung stehen.

Das Team um Peter Lee vom University College London, zu dem auch Forscher aus Hannover, Heidelberg, Mainz und Witten/Herdecke gehören, konnte auf die „European Synchrotron Research Facility“ (ESRF) zugreifen, dem weltweit drittgrößten Teilchenbeschleuniger im französischen Grenoble, der gerade ein Upgrade zur „Extremely Brilliant Source“ (ESRF-EBS) erhalten hat. Die Idee zur Entwicklung der HiP-CT entstand laut Paul Tafforeau vom ESRF in Grenoble zu Beginn der Pandemie, um herauszufinden, welche Schäden das Virus in der Lunge anrichtet.

Die HiP-CT ermöglicht eine dreidimensionale Darstellung, bei der sich die Anatomen von der Gesamtdar­stel­lung der Lungen in die einzelnen Lungenläppchen und Alveolen hineinzoomen können. Bei einer Auf­lösung von 25 µm sind hochintensive Regionen in der Lungenperipherie sichtbar (die für die Milch­glastrübungen in der normalen CT verantwortlich sind). Bei 6,5 µm werden erweiterte Alveolargänge und eine Zerstörung der Alveolarstruktur erkennbar. Bei 2,5 µm zeigt sich, dass einzelne Alveolen vermutlich mit geronnenem Blut und Entzündungszellen gefüllt sind und das interstitielle Gewebe zwischen den Alveolen verdickt ist. Beides erklärt die Störung des Gasaustausches in den Lungen, die bei den Patienten zu Atemnot und einer verminderten Oxygenierung des Blutes führen.

Weitere Veränderungen betreffen die Blutgefäße. Die Vasa vasorum, also die Gefäße, die die Blutgefäße selbst mit Sauerstoff versorgen, und die peribronchialen Gefäße sind deutlich erweitert. Das Team um Privatdozent Maximilian Ackermann von der Universität Mainz deutet dies als Shunt zwischen dem bronchialen Gefäßsytem und den Lungenvenen – möglicherweise ein Versuch der Körpers, den Sauer­stoff­mangel durch die SARS-CoV-2-Infektion auszugleichen. Dazu würden vermutlich einzelne „Sperrar­te­rien“, die die beiden Kreisläufe verbinden, geöffnet. Eine weitere Reaktion auf den Sauerstoffmangel könnte die Bildung neuer Blutgefäße (Neovaskularisation) sein, die die Forscher ebenfalls auf den Bildern erkannt haben.

COVID-19 ist sicherlich nicht das einzige Einsatzgebiet der HiP-CT. Auch die normale Anatomie der Or­gane lässt sich auf neue Weise darstellen. Im Gehirn lassen sich die einzelnen Schichten des Cortex unterscheiden, im Kleinhirn werden Körnerzellschicht und Purkinje-Zellen erkennbar. Auf den Aufnahmen des Herzmuskels lassen sich einzelne Fasern des Myokards, die Koronararterie und Fettgewebe vonein­ander abgrenzen. In den Nieren werden die Glomeruli mit afferenter und efferenter Arteriole sichtbar.

Die Möglichkeit, jederzeit vom gesamten Organ auf die einzelnen Strukturen zu zoomen, könnte neue Einblicke in den Aufbau der Organe ermöglichen. So ließe sich beispielsweise die Zahl der Glomeruli und damit der Nephrone in der Niere genauer bestimmen. Die Forscher haben bereits begonnen, einen neuen HiP-CT-Atlas der menschlichen Organe zu erstellen


/Sergey Nivens, stock.adobe.com

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