Joseph Brunet, chercheur principal à l’UCL et auteur principal de l’étude, en compagnie de Dheresa Urban, chercheuse à l’UCL, Joanna Purzycka, ingénieure et responsable scientifique de la ligne de faisceau à l’ESRF, et Hector Dejea I Velardo, sur la ligne de faisceau BM18 de l’ESRF, se préparant à scanner un cœur humain. Crédit : ESRF/Stef Candé
Une équipe internationale de scientifiques et de cliniciens a annoncé le lancement d’un nouveau portail 3D en accès libre permettant d’explorer des organes humains intacts avec une précision inédite, de l’organe entier jusqu’aux cellules individuelles. L’Atlas des organes humains, créé grâce à une puissante méthode d’imagerie synchrotron, rassemble certaines des images 3D d’organes humains les plus détaillées jamais produites. Il permet aux scientifiques, aux médecins, aux enseignants, aux étudiants et au grand public de se déplacer virtuellement à travers des organes tels que le cerveau, le cœur, les poumons, les reins et le foie, offrant ainsi une nouvelle perspective sur l’anatomie et les maladies humaines.
Suite à une première version, l’Atlas des organes humains (HOA: Human Organ Atlas) est désormais disponible dans une version considérablement enrichie et accessible directement via un navigateur web standard, sans logiciel spécifique. Cette technologie est décrite dans la revue Science Advances .
L’Atlas est alimenté par une méthode d’imagerie avancée appelée tomographie à contraste de phase hiérarchique (HiP-CT), développée au Centre européen de radiostimulation (ESRF) de Grenoble, en France, par une équipe internationale dirigée par l’University College London (UCL), au Royaume-Uni. La HiP-CT utilise la source extrêmement brillante de l’ESRF, une source synchrotron de nouvelle génération, jusqu’à 100 milliards de fois plus lumineuse que les scanners CT hospitaliers conventionnels.
Vidéo d’exemples d’organes tirés de l’Atlas des organes humains. Crédit : Données UCL fournies par l’ESRF
Cette technique permet aux chercheurs de scanner des organes humains entiers, intacts et ex vivo, de manière non destructive, puis d’effectuer un zoom jusqu’à une résolution quasi cellulaire (inférieure à un micron, soit 50 fois plus fine qu’un cheveu). Elle comble une lacune centenaire en médecine entre la radiologie et l’histologie et représente une avancée majeure en imagerie biomédicale.
« Pour créer l’Atlas des organes humains, nous avons réuni des scientifiques et des médecins de neuf instituts du monde entier. Ce groupe continue de s’agrandir, contribuant à une meilleure compréhension des maladies, de l’arthrose aux maladies cardiaques, et transformant notre façon d’appréhender le corps humain », explique Peter Lee, professeur au département de génie mécanique de l’UCL et chercheur principal du programme d’observation des organes humains.
« L’Atlas des organes humains illustre parfaitement ce que la recherche collaborative peut accomplir. Dès le début de ce projet, nous souhaitions que ces données soient utilisées par d’autres et contribuent à approfondir notre compréhension de la physiologie humaine. L’Atlas des organes humains est une ressource incroyable qui continuera de s’enrichir. Je suis particulièrement enthousiaste à l’idée de voir comment la communauté de l’IA utilisera l’Atlas des organes humains dans ses modèles fondamentaux », déclare Claire Walsh, professeure associée au département de génie mécanique de l’UCL et directrice du pôle Atlas des organes humains.
Capture d’écran du portail de l’Atlas des organes humains. Crédit : ESRF/UCL
Du COVID-19 aux troubles cardiaques et gynécologiques
Initialement développée pendant la pandémie de COVID-19 , cette méthode a déjà donné lieu à des publications majeures et à des avancées scientifiques significatives, révélant des lésions vasculaires microscopiques jusque-là insoupçonnées dans les poumons de patients décédés de la COVID-19 et transformant notre compréhension des troubles cardiaques. Cette technologie a également été appliquée à d’autres organes, offrant de nouvelles perspectives sur des structures anatomiques complexes, tant en santé qu’en pathologie, comme la pathogenèse des troubles gynécologiques.
« Les données histologiques virtuelles 3D issues de la plateforme Human Organ Atlas nous apportent des informations précieuses sur la pathogenèse des troubles gynécologiques. Ces connaissances sont essentielles pour combler les lacunes actuelles en matière de compréhension et réduire les inégalités entre les sexes », explique Judith Huirne, professeure de gynécologie au centre médical Amsterdam UMC.
Ce portail de l’Atlas des organes humains est le fruit de plus de cinq années de collaboration entre de nombreux chercheurs, ingénieurs, cliniciens et spécialistes des infrastructures, réunis au sein du Human Organ Atlas Hub, un consortium regroupant neuf instituts en Europe et aux États-Unis.
Depuis sa création, l’équipe s’est engagée en faveur de la science ouverte. « Dès le départ, nous souhaitions que ces données soient accessibles à tous et construire une infrastructure scientifique ouverte et partagée à l’échelle mondiale », explique Paul Tafforeau, chercheur à l’ESRF et pionnier de la technique d’imagerie utilisée pour créer l’Atlas des organes humains. « C’est une ressource précieuse pour les chercheurs, les médecins, les enseignants, mais aussi pour toute personne curieuse de comprendre le fonctionnement du corps humain. »
« L’Atlas des organes humains est rapidement devenu la référence en matière de données FAIR issues des synchrotrons et inspire d’autres communautés à faire de même », ajoute Andy Gotz, responsable des données à l’ESRF et coordinateur du cluster européen de science ouverte sur les photons et les neutrons (PANOSC).
Peter Lee (UCL), Paul Tafforeau (ESRF) et Claire Walsh (UCL) sur la ligne de faisceau BM18, se préparant à scanner un cœur et un cerveau humains à l’ESRF. Crédit : ESRF/vuedici.org
Un outil unique pour l’IA, la médecine et l’éducation
À la connaissance de l’équipe, il s’agit du jeu de données 3D ouvert à la plus haute résolution d’organes humains intacts actuellement disponible. L’Atlas des organes humains donne actuellement accès à :
- 56 organes, 307 ensembles de données 3D complets provenant de 25 donneurs
- 11 types d’organes, dont le cerveau, le cœur, les poumons, les reins, le foie, le côlon, la rate, le placenta, l’utérus, la prostate et les testicules
- Numérisations multi-échelles, allant de vues d’organes entiers jusqu’à une résolution quasi-cellulaire (couramment jusqu’à 2 µm, voire 0,65 micron pour certains organes)
Le portail a été conçu pour s’étendre bien au-delà des laboratoires de recherche spécialisés. Chaque ensemble de données peut atteindre des centaines de gigaoctets, voire plus d’un téraoctet. Le plus volumineux (un cerveau) atteint 14 To. Afin de rendre les données accessibles dans le monde entier, le portail propose :
- Visualisation interactive basée sur un navigateur (aucun logiciel spécial requis)
- Jeux de données téléchargeables à plusieurs résolutions
- Tutoriels et outils logiciels d’analyse
- Ajout régulier de nouvelles données
Au-delà de son rôle dans l’avancement de la recherche anatomique et biomédicale, l’Atlas devrait devenir une ressource majeure pour l’intelligence artificielle. Les ensembles de données 3D volumineux et de haute qualité sont rares, ce qui limite le développement de systèmes d’IA médicale avancés. L’Atlas des organes humains fournit un ensemble de données hiérarchisé et organisé, idéal pour l’entraînement de modèles d’apprentissage automatique destinés à la segmentation, à la détection de maladies et à l’analyse à super-résolution.
Parallèlement, elle offre de nouvelles opportunités considérables pour la formation médicale et la sensibilisation du public aux sciences, permettant à chacun d’explorer le corps humain par simple curiosité.
« Les étudiants peuvent explorer les organes en 3D, parcourir les coupes anatomiques et zoomer sur les détails des tissus internes. Cet outil offre une alternative immersive et exploratoire aux schémas anatomiques classiques, permettant aux apprenants de mieux appréhender l’espace des structures complexes. Pour les enseignants comme pour les étudiants, il transforme radicalement l’apprentissage de l’anatomie, passant d’une description statique à une découverte guidée et interactive », explique Alexandre Bellier, maître de conférences en anatomie et chef de l’unité de recherche clinique du CHU Grenoble Alpes.
Ce n’est qu’un début. L’équipe prévoit d’enrichir la collection au cours des prochaines années, en y ajoutant davantage d’organes, d’échantillons et de nouveaux outils, tout en développant une communauté ouverte autour des données. À long terme, l’objectif est que l’atlas permette d’accéder à l’architecture interne du corps humain et, ainsi, de soutenir la recherche, l’éducation, le développement de l’IA, la compréhension médicale à l’échelle mondiale et la sensibilisation du public aux sciences.
« Nous ouvrons une nouvelle fenêtre sur l’architecture interne du corps humain », explique Paul Tafforeau. « Après six années d’efforts, nous n’en sommes qu’au début. Actuellement, nous travaillons sur des organes isolés, mais nous espérons à l’avenir développer cette technique afin de pouvoir imager des corps humains entiers avec une résolution 10 à 20 fois supérieure à celle d’aujourd’hui. De telles données pourraient transformer notre façon d’étudier et de comprendre l’anatomie. »
