Использование гравитации для создания недорогого микрофлюидного устройства для быстрого анализа клеток
Исследователи из Школы инженерии и вычислительной техники Джорджа Р. Брауна в Университете Райса разработали инновационное недорогое устройство с искусственным интеллектом (ИИ), которое сделает проточную цитометрию — метод анализа клеток или частиц в жидкости с помощью лазерного луча — доступной.
Прототип идентифицирует и подсчитывает клетки из неочищенных образцов крови с точностью, сопоставимой с более дорогими и громоздкими традиционными проточными цитометрами, предоставляет результаты за минуты и значительно дешевле и компактнее, что делает его привлекательным для клинического применения у постели больного, особенно в условиях ограниченных ресурсов и сельской местности.
Питер Лиллехой, адъюнкт-профессор биоинженерии, и Кевин Макхью, доцент биоинженерии и химии, возглавили разработку. Исследование опубликовано в Microsystems & Nanoengineering.
Проточная цитометрия, впервые разработанная в 1950-х годах, является «золотым стандартом» для клинической диагностики, но её использование ограничено современными лабораториями из-за необходимости в крупном дорогом оборудовании (десятки-сотни тысяч долларов) и специально обученном персонале.
«С нашим подходом эту технику можно выполнять с лёгкостью за малую часть стоимости», — сказал Лиллехой, автор-корреспондент исследования.
Использование гравитационного пробкового потока для создания недорогого проточного цитометра без насоса
Современные цитометры полагаются на специализированные насосы и клапаны. Команда Райса разработала решение без насоса, что стало ключом к снижению стоимости и размера.
Выпускники Деш Дипак Диксит и Тайлер Граф настроили параметры микрофлюидного устройства для достижения гравитационного пробкового потока. В отличие от гидростатического потока, пробковый поток позволяет образцу течь с постоянной скоростью, что критически важно для точного анализа.
«Насколько нам известно, это первый случай применения гравитационного пробкового потока для биомедицинских целей», — сказал Лиллехой.
ИИ позволяет быстро подсчитывать специфические иммунные клетки из неочищенных образцов крови
Второй важной инновацией стало использование ИИ для быстрого и точного подсчёта специализированных иммунных клеток — CD4+ T-лимфоцитов — из неочищенных образцов крови.
Количество CD4+ T-клеток является надёжным маркером иммунного статуса и используется для диагностики рака, ВИЧ/СПИДа и COVID-19.
Команда инкубировала неочищенную цельную кровь с шариками, покрытыми анти-CD4+ антителами, которые связывались с CD4+ T-клетками. Образец пропускали через микрофлюидный чип, а поток записывали с помощью микроскопа и камеры.
Для ускорения анализа изображений исследователи добавили возможности ИИ, обучив свёрточную нейронную сеть обнаруживать только клетки, меченные шариками.
«Идентификация CD4+ T-клеток — лишь один пример возможностей этой платформенной технологии», — сказал Макхью. — «Технологию можно легко адаптировать для анализа различных типов клеток, используя шарики с разными антителами. Мы очень оптимистичны в отношении её потенциала для трансформации диагностики и биомедицинских исследований».