Udformning af, hvordan deformerbarhed af røde blodlegemer vurderes - forskere udvikler en ny tilgang

Røde blodlegemer (RBC'er) transporterer ilt gennem hele kroppen og er i stand til at passere gennem et kompleks af smalle kapillærer på grund af deres evne til at deformere. "Deformerbarheden af ​​røde blodlegemer er en vigtig indikator for deres sundhed og funktionalitet, og ændringer i denne egenskab kan signalere tilstedeværelsen af ​​sygdomme," sagde lektor Ye Ai ved Singapore University of Technology and Design (SUTD).

Forbedring af nuværende teknikker til at måle RBC-deformerbarhed giver fordele ved sygdomsdetektion. Ved at være i stand til at opdage ændringer i RBC deformerbarhed tidligt, kan patienter diagnosticeres og behandles tidligere, hvilket forbedrer deres prognose. Raffinerede måleværktøjer vil også hjælpe forskere med at forstå RBC-deformerbarheden og dens mekanismer bedre, hvilket muligvis fører til nye behandlinger.

"Samlet set kan en forbedring af, hvordan RBC-deformerbarhed måles, føre til bedre diagnostiske værktøjer, forbedret overvågning af sygdomsprogression og mere effektive behandlinger," tilføjede Assoc Prof Ai, der ledede en undersøgelse, der udviklede den billedbaserede RBC-deformerbarhedsvurdering via Shape-classification (IRIS) teknologi.

I papiret "Intelligent billedbaseret deformerbarhedsvurdering af røde blodlegemer via dynamisk formklassificering" præsenterer Assoc Prof Ai og hans team IRIS som en ny tilgang, der kan vurdere RBC-deformerbarhed ved at klassificere formen af ​​en RBC, der passerer gennem en kanal. Undersøgelsen er publiceret i tidsskriftet Sensors and Actuators B:Chemical .

IRIS bruger deep learning og arbejder i fire faser:mikrofluidisk opsætning, billedoptagelse, formklassificering og deformerbarhedsvurdering.

RBC'er indføres først i en mikrofluidisk kanal, der efterligner et blodkars naturlige miljø, og de bliver deforme. Billeder af de forbipasserende røde blodlegemer optages derefter af et højhastighedskamera og behandles af en deep learning-model, der er trænet til at identificere og klassificere røde blodlegemer i seks foruddefinerede former, der repræsenterer forskellige tilstande af røde blodlegemer.

Til sidst vurderes hyppigheden og typen af ​​hver form under forskellige forhold. Dette giver kvantitative data om RBC-deformerbarhed, som kan bruges til at kontrollere behandlingens indvirkning på RBC-sundhed og funktionalitet.

Selvom IRIS ikke er den første teknik til at måle RBC-deformerbarhed, tilbyder dens mikrofluidikbaserede teknologi mange fordele i forhold til traditionelle teknikker som optisk pincet og atomkraftmikroskopi. Med mikrofluidik producerer IRIS en meget højere gennemstrømning end traditionelle enkeltcellebaserede teknikker, men kan automatiseres og forenkles, hvilket reducerer manuelt arbejde af uddannede operatører.

Mikrofluidiske enheder kræver meget mindre prøvevolumener og er mere omkostningseffektive sammenlignet med udstyr, der kræves i traditionelle teknikker. Desuden er mikrofluidiske systemer nemt integreret i andre værktøjer og skalerbare til masseproduktion. Disse fordele gør sådanne systemer yderst fordelagtige i udbredte kliniske og forskningsmæssige omgivelser.

Microfluidics giver også mulighed for præcis kontrol af strømningsforhold i kanalerne, hvilket muliggør detaljerede undersøgelser af RBC-adfærd i forskellige brugerkontrollerede miljøer. Vigtigst er det, at mikrofluidiske teknikker involverer mindre cellemanipulation og derved reducerer chancerne for kunstigt at ændre cellens naturlige tilstand, hvilket kan ske, når atomkraftmikroskopi og optisk pincet bruges.

En anden væsentlig fordel ved IRIS er dens fire-formede klassifikation (4SC). Brug af 4SC sammenlignet med nul form (0SC) eller to-forms klassificering (2SC) resulterer i højere følsomhed på grund af øget opløsning af deformationstilstande, bedre statistisk kraft og forbedret formgenkendelsesnøjagtighed.

I det væsentlige klassificerer 4SC RBC i fire former, der inkluderer mellemliggende deformationstilstande. Dette giver et mere raffineret billede af RBC-deformerbarhed sammenlignet med kun at klassificere RBC'er i to former (2SC) eller ingen (0SC).

IRIS præsenterer flere fordele til brug i kliniske, terapeutiske og forskningsmæssige omgivelser. Indhentning af detaljerede oplysninger om RBC-deformerbarhed muliggør tidlig sygdomsdetektion og diagnose, samtidig med at det tillader personlige behandlingsplaner for hver patient.

Som en high-throughput-metode er IRIS også nyttig i lægemiddeltest, hvor der genereres store mængder data. Endelig giver teknologiens evne til præcist at modificere RBC's miljø parret med dens høje følsomhed forskere til at studere RBC-egenskaber under forskellige forhold, hvilket forbedrer forskning og kliniske muligheder.

Assoc Prof Ai sigter mod at udvide og forfine IRIS-teknologien og at validere dens resultater med kliniske resultater. Derudover ser han på at skabe en bærbar IRIS for at øge dens tilgængelighed og anvendelsesområde. Alt i alt forudser han, at IRIS vil blive et pålideligt, effektivt og tilgængeligt diagnostisk værktøj i det lange løb.

Flere oplysninger: Minhui Liang et al., Intelligent billedbaseret deformerbarhedsvurdering af røde blodlegemer via dynamisk formklassificering, Sensorer og aktuatorer B:Chemical (2023). DOI:10.1016/j.snb.2023.135056

Leveret af Singapore University of Technology and Design