211service.com
Cellen tellen in seconden
Klinische tests voor het identificeren en tellen van normale en bacteriële cellen in bloed en andere monsters kunnen artsen de bron van een bacteriële infectie vertellen of hen helpen de immuungezondheid van mensen met hiv te controleren. Maar conventionele celtelling is kostbaar en tijdrovend. Een eenvoudig, lensloos beeldvormingssysteem dat wordt ontwikkeld door onderzoekers van de Universiteit van Californië, Los Angeles, gebruikt een chip zoals die in een digitale camera wordt gevonden om verschillende soorten cellen in bloed en drinkwater te tellen en te onderscheiden, en eenvoudige algoritmen om te identificeren en tel de cellen. De imager kan worden vervoerd in een apparaat ter grootte van een mobiele telefoon en worden gebruikt om de waterkwaliteit te bewaken en goedkope diagnoses te stellen in landelijke en onderontwikkelde gebieden.
Schaduwen tellen: Een nieuwe celteller gebruikt de beeldchip van een digitale camera om de schaduwen of diffractiesignaturen van cellen in bloed en andere monsters vast te leggen. Met eenvoudige algoritmen kunnen cellen worden geïdentificeerd en geteld omdat elk celtype een unieke handtekening heeft. In deze afbeelding, gemaakt met de celteller, zijn gistcellen blauw omcirkeld, rode bloedcellen rood omcirkeld en kralen groen omcirkeld.
De imager kan kleine aantallen cellen vinden in een groot, onbewerkt monster. Een water- of bloedmonster wordt op een glasplaatje geplaatst boven een lichtgevoelige chip die identiek is aan de chip die wordt gebruikt in digitale consumentencamera's; dan wordt het van bovenaf verlicht. Wat we opnemen is geen afbeelding maar een diffractiehandtekening, zegt Aydogan Ozcan , een assistent-professor elektrotechniek aan de UCLA die de celteller ontwikkelt. In tegenstelling tot conventionele microscopen, die gedetailleerde foto's maken van zeer kleine monsters, is de diffractietechniek van Ozcan snel en goedkoop. De wazige, gepixelde beelden die door zijn celteller zijn gemaakt, zijn van zo'n lage kwaliteit dat Ozcan het systeem geen microscoop noemt. Maar deze afbeeldingen bevatten net genoeg informatie om cellen te identificeren en te tellen, en dat is alles wat nodig is voor veel klinische diagnostische toepassingen.
Het tellen van cellen wordt meestal gedaan met behulp van machines die flowcytometers worden genoemd en die tot honderdduizenden dollars kosten. De techniek moet in het laboratorium worden uitgevoerd en vereist meerdere stappen. Conventionele microscopen kunnen ook worden gebruikt om cellen te vinden en te tellen, maar microscopen zijn duur en het proces is complex. Als je in een paar milliliter water op een paar bacteriecellen wilt screenen, moet je honderden tests doen met een gewone microscoop, zegt Ozcan.
In de methode van Ozcan, als licht door een bepaald type cel gaat, buigt of buigt het licht op een karakteristieke manier. Elk celtype heeft een unieke diffractiesignatuur die afhangt van de grootte, vorm en een optische kwaliteit die brekingsindex wordt genoemd. Ozcan heeft een bibliotheek samengesteld met karakteristieke diffractiehandtekeningen voor verschillende celtypen. Nadat zijn celteller een afbeelding heeft gemaakt, raadpleegt hij snel zijn bibliotheek om het aantal cellen van elk type in het monster te bepalen. Deze berekeningen vereisen niet veel rekenkracht en kunnen worden gedaan op een mobiel apparaat zoals een mobiele telefoon, zegt Ozcan.
De teller heeft een hoge doorvoer - hoewel hij in staat is kleine aantallen cellen te detecteren, kan hij in één seconde maar liefst 100.000 cellen in een gezichtsveld van 20 centimeter in het kwadraat afbeelden. De teller kan bijvoorbeeld de concentratie rode bloedcellen in een onbewerkt bloedmonster met 90 procent nauwkeurigheid bepalen. Het aantal rode bloedcellen kan worden gebruikt om bloedarmoede te diagnosticeren, malaria te controleren en de reacties van patiënten op chemotherapie te controleren.
Wat [Ozcan] doet, heeft potentieel voor draagbare apparaten die in het veld werken, zegt Alexander Revzin , een assistent-professor biomedische technologie aan de Universiteit van Californië, Davis. Rezvin is een samenwerking aangegaan met Ozcan om een goedkope, op diffractie gebaseerde test te ontwikkelen voor het tellen van T-cellen bij hiv-patiënten - een maatstaf voor de gezondheid van het immuunsysteem die wordt gebruikt om te bepalen wanneer een medicamenteuze behandeling moet worden gestart en of het werkt. Het is duidelijk dat een slechte resource-instelling een doel is, maar het hoeft niet alleen in Afrika te worden gebruikt als dit een robuuste technologie is, zegt Rezvin.
Dit is een zeer praktische techniek, zegt Mehmet Fatih Yanik , een assistent-professor in het Research Laboratory of Electronics aan het MIT. Het werk van Ozcan kan de kosten en moeite die nodig zijn voor het tellen van cellen aanzienlijk verminderen, waardoor het zelfs in derdewereldlanden algemeen kan worden gebruikt voor een verscheidenheid aan medische toepassingen.
Tot nu toe heeft de groep van Ozcan protype-celtellers ontwikkeld op de laboratoriumtafel. Vervolgens, zegt hij, zal hij een mobiele telefoon ombouwen tot een mobiel diagnostisch laboratorium door de cameralens eruit te halen en de beeldchip en een mechanisch systeem te plaatsen om microscoopglaasjes te laden.