211service.com
Tæller celler i sekunder
Kliniske tests til at identificere og tælle normale og bakterielle celler i blod og andre prøver kan fortælle læger kilden til en bakteriel infektion eller hjælpe dem med at overvåge immunforsvaret hos mennesker med HIV. Men konventionel celletælling er dyr og tidskrævende. Et simpelt, linseløst billeddannelsessystem, der er udviklet af forskere ved University of California, Los Angeles, bruger en chip som den, der findes i et digitalkamera til at tælle og skelne mellem forskellige typer celler i blod og drikkevand, og simple algoritmer til at identificere og tæl cellerne. Billedkameraet kunne bæres i en enhed på størrelse med en mobiltelefon og bruges til at overvåge vandkvaliteten og til at levere billig diagnostik i landdistrikter og underudviklede områder.
Tæller skygger: En ny celletæller bruger billedchippen fra et digitalkamera til at optage skyggerne eller diffraktionssignaturerne fra celler i blod og andre prøver. Simple algoritmer gør det muligt at identificere og tælle celler, fordi hver celletype har en unik signatur. På dette billede taget med celletælleren er gærceller cirklet med blåt, røde blodlegemer er cirklet med rødt, og perler er cirklet med grønt.
Imager kan finde et lille antal celler i en stor, ubearbejdet prøve. En vand- eller blodprøve fyldes på et objektglas over en lysfølende chip, der er identisk med dem, der bruges i digitale forbrugerkameraer; så er den oplyst fra oven. Det, vi optager, er ikke et billede, men en diffraktionssignatur, siger vi Aydogan Ozcan , en assisterende professor i elektroteknik ved UCLA, der udvikler celletælleren. I modsætning til konventionelle mikroskoper, som tager detaljerede billeder af meget små prøver, er Ozcans diffraktionsteknik hurtig og billig. De slørede, pixelerede billeder skabt af hans celletæller er af så lav kvalitet, at Ozcan ikke kalder systemet et mikroskop. Men disse billeder indeholder lige nok information til at identificere og tælle celler, hvilket er alt, hvad der er nødvendigt for mange kliniske diagnostiske applikationer.
Celletælling udføres normalt ved hjælp af maskiner kaldet flowcytometre, som koster op til hundredtusindvis af dollars. Teknikken skal udføres i laboratoriet og kræver flere trin. Konventionelle mikroskoper kan også bruges til at finde og tælle celler, men mikroskoper er dyre, og processen er kompleks. Hvis du ville screene for et par bakterieceller i et par milliliter vand, skulle du udføre hundredvis af tests med et almindeligt mikroskop, siger Ozcan.
I Ozcans metode, når lyset passerer gennem en given celletype, diffrakterer eller bøjer lyset på en karakteristisk måde. Hver celletype har en unik diffraktionssignatur, der afhænger af dens størrelse, form og en optisk kvalitet kaldet brydningsindeks. Ozcan har samlet et bibliotek af karakteristiske diffraktionssignaturer for forskellige celletyper. Efter at hans celletæller har taget et billede, konsulterer den hurtigt hans bibliotek for at bestemme antallet af celler af hver type i prøven. Disse beregninger kræver ikke meget processorkraft og kan udføres i en mobil enhed såsom en mobiltelefon, siger Ozcan.
Tælleren har høj gennemstrømning - mens den er i stand til at detektere et lille antal celler, kan den afbilde så mange som 100.000 celler i et 20-centimeter kvadratisk synsfelt på et sekund. Tælleren kan for eksempel bestemme koncentrationen af røde blodlegemer i en ubehandlet blodprøve med 90 procents nøjagtighed. Antallet af røde blodlegemer kan bruges til at diagnosticere anæmi, til at overvåge malaria og til at overvåge patienters reaktion på kemoterapi.
Hvad [Ozcan] gør, har potentiale for håndholdte enheder, der fungerer i marken, siger Alexander Revzin , en assisterende professor i biomedicinsk teknik ved University of California, Davis. Rezvin har indledt et samarbejde med Ozcan om at udvikle en billig, diffraktionsbaseret test til at tælle T-celler hos HIV-patienter – et mål for immunsystemets sundhed, der bruges til at bestemme, hvornår man skal starte medikamentbehandling, og om det virker. Naturligvis er en dårlig ressourceindstilling ét mål, men den skal ikke kun bruges i Afrika, hvis dette er en robust teknologi, siger Rezvin.
Dette er en meget praktisk teknik, siger Mehmet Fatih Yanik , en assisterende professor i Research Laboratory of Electronics ved MIT. Ozcans arbejde kan betydeligt reducere omkostningerne og indsatsen, der kræves til celletælling, hvilket tillader dets almindelige brug selv i tredjeverdenslande til en række medicinske anvendelser.
Hidtil har Ozcans gruppe udviklet protype-celletællere på laboratoriets bordplade. Dernæst, siger han, vil han konvertere en mobiltelefon til et mobilt diagnostisk laboratorium ved at tage kameralinsen ud og indsætte billedchippen og et mekanisk system til at indlæse mikroskopobjektglas.