結核病肉芽腫的第一個 3-D 視圖改變了它們的形狀和形成的範式

70 年來，臨床醫生一直認為他們知道患者肺部結核肉芽腫的形狀。組織學——1940 年代和 1950 年代對肺組織薄片微觀結構的研究——顯示出圓形特徵，研究人員直覺地認為這意味著肉芽腫是球形或卵形的。

阿拉巴馬大學伯明翰分校和非洲健康研究所或南非誇祖魯-納塔爾省德班 AHRI 的研究人員進行的一項研究表明，這種長期存在的範式現在是錯誤的。歷史組織學本質上是對結構的二維觀察，類似於在樹枝上切出非常薄的切片，切片看起來是圓形或橢圓形。

這項新研究使用微型計算機斷層掃描或 microCT，創建了結核病患者患病肺組織的三維視圖。這表明較大的肉芽腫不是圓形的——而是具有復雜的分支形狀。一個肉芽腫看起來有點像姜根，另一個像櫻花樹上的一簇早芽，在開花之前。肺切片中結核肉芽腫在形狀、體積和數量上表現出明顯的異質性。（有關三維視圖的視頻，請參見下面的研究鏈接。）

肉芽腫是響應慢性炎症而召喚的免疫細胞的聚集。在結核病中，肉芽腫通常是壞死的，這意味著它們是一團無形的死碎片。

由 UAB 微生物學教授、AHRI 成員 Adrie Steyn 博士領導的研究人員使用顯微 CT、組織學和免疫組織化學構建了壞死性肉芽腫以及脈管系統和氣道的三維視圖。這產生了對與氣道和脈管系統相關的肺結核肉芽腫的空間組織的意外洞察。

“與將肉芽腫描述為簡單的球形結構不同，”Steyn 說，“人類壞死性肉芽腫表現出複雜的、圓柱形的、分支的形態，與氣道相連並由支氣管形成。”

Steyn 說這些可視化有三個影響。他們強調了在二維評估時，單個結構複雜的病變可能被錯誤地視為多個獨立病變的可能性。其次，阻塞的支氣管內缺乏血管化建立了抗分枝桿菌藥物耐受性的範例，因為微生物受到保護，不會完全釋放血源性殺菌藥物。第三，結果表明結核分枝桿菌病原體的支氣管傳播重新播種肺。

“因此，我們的研究結果為考慮霧化抗結核藥物遞送提供了依據，”Steyn 說。“這種方法可以將局部高濃度的藥物直接輸送到肺的肉芽腫或空腔中，從而可能減少治療時間、全身給藥和毒性。” 結核分枝桿菌感染每年導致約 130 萬人死亡。

Steyn 及其同事說，據他們所知，這是對任何細菌性肺部病原體的肉芽腫、氣道和脈管系統的第一個三維描述。

受感染的人類肺組織很容易在德班進行研究，因為非洲的那部分地區是結核病的中心。距離 AHRI 不遠的 Inkosi Albert Luthuli 中心醫院進行切除手術，以去除結核病患者的病變肺葉。MicroCT 類似於常見的醫學 CAT 掃描，但具有更精細的分辨率。研究人員使用的分辨率低至 12 微米，大約相當於一張塑料廚房包裝紙的厚度。研究負責人 Steyn 在 UAB 和 AHRI 設有實驗室。他住在德班，每年訪問 UAB 大約六次。