2021年，当COVID-19大流行席卷全球时，研究人员试图了解SARS-CoV-2感染如何引发肺部结构损伤。由于当时没有能够高分辨率绘制完整肺部图像的成像平台，伦敦大学学院（UCL）和欧洲同步辐射设施（ESRF）的科学家们联手创建了一个。
他们开发了一种名为分层相位对比断层扫描（HiP-CT）的技术，利用世界上最亮的X射线——比传统医院X射线亮近1000亿倍——对死后完整的人体肺部进行成像，成像尺度从整个器官到单个细胞。科学家们很快意识到这项技术不仅限于肺部，具有广泛的应用前景。
伦敦大学学院的成像科学家克莱尔·沃尔什表示：“我们很快意识到这项技术可以推广到其他器官。并且所有这些数据，都能为我们理解人体解剖学和生理学带来根本性的改变。”
在此基础上，沃尔什和她的同事们最近推出了“人类器官图谱”，这是一个允许用户缩放查看完整人体器官的在线门户。该开放存储库发表在《科学进展》上，为器官内的复杂结构提供了前所未有的洞察，成为理解人体解剖学的宝贵资源。
在沃尔什和她的同事于2021年发布原型和早期数据后，“我们花了很多时间与社区合作，了解他们将如何使用这些数据，”沃尔什说。“从那以后，我们一直在为门户网站增加功能，它已经发展成为一个更强大的工具。”
沃尔什表示，获得对离体器官的深入洞察是一个多学科团队的巨大努力。来自欧洲和美国的九个研究所的临床医生、数据工程师、图像分析师和科学家组成了一个联盟，以有意义的方式使数据易于访问。
目前，人类器官图谱门户包含来自32名捐赠者的13个器官的300多张图像：脑、结肠、眼、女性生殖器、心脏、肾脏、肝脏、肺、胎盘、前列腺、脾脏、睾丸和子宫。
用户可以选择他们想要探索的器官，并获取从整个器官到近细胞分辨率（小于一微米，即比人类头发细50倍）的图像。据团队称，人类器官图谱目前提供了最高分辨率的开放获取人体器官三维数据集。
为了构建这个图谱，研究人员使用了在尸检过程中手术切除的器官。然后，他们固定器官，以便使用X射线进行扫描。为了在微米尺度上放大器官，HiP-CT设置需要一个同步加速器，或者说粒子加速器，“大约有一个足球场那么大，”沃尔什解释道。“它以非常快的速度加速电子。当这些电子被磁铁弯曲时，它们会发出X射线。我们就是利用这些X射线进行成像。”
在ESRF的粒子加速器中，这种X射线束能量高、体积大，能够穿透大样本，扫描完整的完整器官，并在实际可行的时间范围内解析细胞细节。其他成像方法要么无法达到如此小的分辨率，要么需要数月时间才能完成。相比之下，HiP-CT在不到一天的时间内就能提供器官的复杂近细胞图谱。
看到第一张如此放大的图像“令人兴奋”，沃尔什说。她回忆起一些Zoom会议，第一批数据集让许多专家哑口无言，感到困惑。“我打开一些数据集，心想……‘我在这里看到了一个非常奇怪的东西’，然后给临床医生看，他们会说，‘哇，哦，是的，那很奇怪，’”沃尔什回忆道。在得到组内组织病理学家的类似反应后，她有了顿悟。
“你意识到你正在看一个前所未有的尺度。因为你不是在二维切片中看那些组织病理学家看的小细胞。你也不是在临床成像的尺度上。你处于这个中间尺度，”她说。“我认为真正让我震惊的是，在人类生物学中，这个中间尺度存在多少未知。”
自从沃尔什和她的团队在2021年首次开发这项技术以来，研究人员和其他人已经利用它获得了对心脏和子宫健康与疾病状态的见解。据她所说，团队现在正在使用图谱中的数据来绘制大脑内的连接。
尽管应用广泛，沃尔什指出，所有样本都来自较年长的捐赠者，这使数据偏向于与衰老相关的疾病。“我们没有健康对照组确实有点挑战，但我认为这在大多数使用人类个体的工作中也是正常的。”她还指出，当今最大的经济医疗负担之一是衰老疾病，“而这在我们的数据集中得到了非常好的体现。”
展望未来，沃尔什表示，团队计划扩大收藏，增加更多器官，并开发从数据中获取洞察的工具。“我们只是触及了这些数据可以观察和分析的表面，”她说。“我很兴奋看到人们会用它做什么。这大概是最令人兴奋的事情，就是看到世界其他地方想用它做什么。”
参考文献
- Walsh CL, 等. 使用分层相位对比断层扫描对完整人体器官进行局部分辨率细胞结构成像. Nat Methods. 2021;18(12):1532-1541.
- Walsh CL, 等. 人类器官图谱. Science Adv. 2026.
- Brunet J, 等. 使用分层相位对比断层扫描对健康与疾病状态下成人心脏进行多维分析. Radiology. 2024;312(1):e232731.
- Michels VMW, 等. 揭示未见之物：子宫腺肌症中子宫血管系统的三维同步辐射X射线成像. Angiogenesis. 2025;29(1):3.
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