Naprava, ki temelji na pametnih telefonih, zagotavlja hitro molekularno diagnozo po nizki ceni | 2020

Vsebina:

Anonim

"Na teh območjih je treba vzorce bolnikov pogosto pošiljati v objekte, ki so sposobni izvajati konvencionalne patološke storitve," pravi dr. Richard Conroy, programski direktor za molekularno slikanje v NIBIB. "Posledično lahko traja več dni, preden se bolniku vrne diagnoza. V mnogih primerih se bolniki ne morejo vrniti zaradi nadaljnje oskrbe, ker morajo potovati na dolge razdalje, da bi dosegli kliniko ali pa lahko" Nizkocenovna tehnologija, ki lahko na mestu oskrbe diagnosticira raka, bi bolnikom omogočila, da začnejo zdravljenje na isti dan, ko so preizkušeni, kar znatno poveča število bolnikov, ki se zdravijo. "

Razvoj nove naprave je vodil dr. Hakho Lee, izredni profesor za radiologijo na Harvard Medical School / Massachusetts General Hospital, in Ralph Weissleder, dr. Med., Direktor Centra za sistemsko biologijo na Splošna bolnišnica Massachusetts. Svojo napravo opisujejo v izdaji revije 5. 5. 2015 PNAS .

Po mnenju Leeja je bilo molekularno diagnostiko težko izvajati na kraju oskrbe zaradi pomanjkanja infrastrukture in usposobljenega osebja.

"Za izvedbo molekularne diagnostike, potrebujete dober mikroskop, potrebujete protitelesa ali ligande, ki lahko prepoznajo molekularno tarčo, in potrebujete specializirano osebo, ki lahko interpretira podatke. Trenutno je te tri stvari težko dobiti v točki. nastavitve, "pravi Lee.

Nova naprava, imenovana D3 (digitalni sistem za diagnozo difrakcije), je sestavljena iz pametnega telefona in modula za slikanje, ki se zaskoči na njem in je sestavljen iz LED luči na baterijski pogon in leče. Po odvzemu vzorca od pacienta (kri, aspirat ali druga biološka tekočina) se zmeša z mikrogranicami, ki imajo specifična protitelesa na njih. Protitelesa se vežejo na molekule, izražene na površini rakavih celic in se uporabljajo različna protitelesa, odvisno od vrste raka, ki se pregleduje. Zmes nato postavimo na stekelce mikroskopa in vstavimo v slikovni modul, ki raziskovalcem omogoča, da posnamejo mešanico celičnih kroglic.

S svojim širokim vidnim poljem je sistem sposoben zajeti več kot 100.000 celic na sliko. To je 100-krat več celic, kot je običajno zajeto s tradicionalnim mikroskopom, ki ima ožje vidno polje.Na začetku so raziskovalci verjeli, da bodo lahko rakaste celice razlikovali od ne-rakavih celic preprosto tako, da bodo pregledali, ali so imele kroglice, ki bi jih povezovale. Vendar pa so kroglice in celice odstranile svetlobo, kar je povzročilo, da so slike močno izkrivljene. To je spodbudilo raziskovalce, da so ustvarili algoritem, ki bi lahko rekonstruiral slike celic, vezanih na kroglice, iz difrakcijskih vzorcev, ki jih kamera zajame.

Ker je za njihovo rekonstrukcijo potrebnih težke izračune, so raziskovalci že na začetku ugotovili, da bodo omejeni z zmožnostmi procesorja pametnega telefona. Da bi se izognili temu, so ustvarili aplikacijo za pametni telefon, ki samodejno naloži difrakcijske slike - takoj, ko so bile posnete - v varni oblak, potem pa se prenesejo na strežnik v splošni bolnišnici Massachusetts. Ta strežnik je sposoben vzporedno izvajati številne izračune in lahko rekonstruira slike v manj kot eni desetini sekunde. S pomočjo teh rekonstruiranih slik strežnik nato prešteje skupno število celic z dodanimi kroglicami in skupno število kroglic, pritrjenih na določeno celico. Na podlagi teh številk je vzorec razvrščen kot visokorizičen, z nizkim tveganjem ali benignim.

Raziskovalci so pred kratkim preizkusili svojo napravo z uporabo vzorcev materničnega vratu pri petindvajsetih bolnikih s predhodno nenormalnimi rezultati Papa brisa. Celične vzorce smo zmešali s kroglicami, označenimi s tremi znanimi celičnimi markerji raka materničnega vratu. Raziskovalci so poročali, da obstaja pozitivna korelacija med številom kroglic na celico in tveganjem za nastanek raka, kar je potrjeno s konvencionalno analizo patologa, in so lahko uspešno razvrstili bolnike kot zelo tvegane ali z nizkim tveganjem / benignimi. % občutljivosti in 92% specifičnosti.

Raziskovalci so izvedli tudi pilotno študijo, s katero so ugotovili, ali lahko odkrijejo celice limfoma v finih igelnih aspiratih bezgavk. V tej študiji osmih oseb je bila naprava sposobna natančno razlikovati štiri bolnike z diagnozo limfoma od štirih bolnikov z benigno povečavo limfnih vozlov. Ugotovitve smo potrdili s konvencionalno patologijo.

"Hitrost, s katero lahko ta tehnologija diagnosticira bolezen, je zelo impresivna," je dejal Conroy. "Raziskovalci so uporabili postopek, ki včasih traja več dni z običajnimi metodami patologije in ga je skrčil na manj kot eno uro. Poleg tega izkoriščajo računalništvo v oblaku in tehnologijo pametnih telefonov tehnologijo, ki je na voljo tistim, ki potrebujejo najbolj in za zelo nizko ceno. "

Poleg odkrivanja beljakovin na celični površini za identifikacijo rakavih celic se lahko sistem prilagodi tudi za odkrivanje DNA. Raziskovalci so v svojem prispevku zapisali, da lahko natančno odkrijejo DNA humanega papiloma virusa v vzorcih raka materničnega vratu. Ta sposobnost odkrivanja DNK odpira vrata za hitro diagnosticiranje nalezljivih bolezni poleg raka.

V prihodnosti namerava Lee povečati prostorsko ločljivost slik od 2,2 mikrona do 1,2 mikrona z uporabo dodatnih računalniških metod. Pri tem Lee pravi, da bo sistem lahko analiziral večkratne označevalce naenkrat - imenovano multi-plexing - tako, da bo povezal različna protitelesa z različnimi velikostmi kroglic in jih zmešal skupaj v vzorcu.

Lee in njegova ekipa upata, da bosta v bližnji prihodnosti uvedla sistem v Bocvano, da bi preverila, ali ga lahko lokalni zdravstveni delavci zlahka sprejmejo za pregled limfoma.