Il futuro del conteggio cellulare con microscopia olografica digitale

Il conteggio cellulare è una delle attività più frequenti nei flussi di lavoro della biologia cellulare, utilizzata nella preparazione delle cellule per la coltura, il passaggio, la trasfezione, l'editing genetico o lo sviluppo di saggi. Nonostante ciò, molti laboratori continuano a fare affidamento sul conteggio manuale mediante emocitometro, una tecnica che è cambiata poco in oltre un secolo. Sebbene ampiamente utilizzato, il conteggio manuale può richiedere molto tempo, essere laborioso e soggetto a variazioni da un operatore all'altro, il che significa che i risultati spesso dipendono dal giudizio individuale, in particolare quando si valutano la vitalità e la morfologia cellulare.

Le tecnologie alternative offrono maggiore accuratezza e maggiore produttività, ma presentano anche propri limiti. Ad esempio, i sistemi di rilevamento a impulso resistivo possono elaborare rapidamente grandi რაოდენità di cellule, ma forniscono informazioni limitate sulla salute e sulla morfologia cellulare. Al contrario, sebbene la citometria a flusso fornisca dati molto dettagliati, spesso richiede competenze specialistiche, un investimento di capitale significativo e spazi di laboratorio dedicati. Di conseguenza, molti ricercatori si trovano a dover scegliere tra semplicità, velocità, accuratezza e la profondità delle informazioni disponibili per ogni misurazione.

Il Cell Counter CytoDirect aiuta i laboratori di tutto il mondo a superare queste sfide combinando il conteggio cellulare automatizzato con un'analisi morfologica avanzata in un formato compatto e facile da usare. La tecnologia di microscopia olografica digitale funziona registrando un ologramma di un campione mediante un sistema laser e telecamera. Algoritmi avanzati ricostruiscono quindi queste informazioni per generare immagini 3D dettagliate e informazioni sulle singole cellule e sulle popolazioni cellulari. A differenza di molti metodi tradizionali, la microscopia olografica digitale non richiede marcatura ed è non distruttiva. Le cellule non devono essere colorate, il che preserva i campioni per le applicazioni a valle, riduce il tempo di preparazione ed elimina i costi dei reagenti.

L'eliminazione di queste fasi di preparazione consente flussi di lavoro più rapidi e una maggiore coerenza, aspetti fondamentali per i laboratori con elevati carichi di lavoro. Le misurazioni possono essere completate in pochi secondi, consentendo decisioni rapide senza lunghe fasi di preparazione o incubazione. L'analisi automatizzata elimina inoltre gran parte della variabilità associata al conteggio manuale, contribuendo a migliorare la riproducibilità tra operatori e tra esperimenti diversi. Tutto ciò è disponibile anche in un sistema compatto, rendendo la tecnologia accessibile in un'ampia gamma di ambienti di laboratorio, dagli istituti di ricerca accademica ai laboratori di sviluppo biofarmaceutico.

L'olografia risale agli anni '40, quando l'ingegnere e fisico Dennis Gabor descrisse per la prima volta la tecnica. Gabor ricevette il Premio Nobel per la fisica nel 1971 per questo lavoro [1]. In seguito applicò l'olografia alla microscopia, per migliorare il potere risolutivo dei microscopi elettronici [2]. La microscopia olografica digitale si basa su questo principio. Ricostruisce le immagini dei campioni a partire da modelli di interferenza invece che da pellicola fisica. Il machine learning estende oggi questa tecnica centenaria e, combinato con essa, analizza intere popolazioni cellulari in pochi secondi.

Una conta accurata delle cellule grezze è essenziale, ma la ricerca moderna richiede sempre più anche approfondimenti più dettagliati sulla salute e sulla qualità delle cellule. Le cellule possono essere classificate manualmente utilizzando tecniche basate sulla microscopia, ma, poiché ciò viene fatto a occhio, comporta un bias intrinseco dell'utente, introducendo variabilità. Uno dei vantaggi più significativi del CytoDirect Cell Counter è la sua capacità di classificare oggettivamente le cellule e valutare la vitalità, riducendo al minimo il bias soggettivo. La tecnologia analizza sottili differenze nella morfologia cellulare e nell'indice di rifrazione, distinguendo tra cellule vive e morte ed escludendo detriti e contaminanti presenti nel campione (Fig.2).

Figura 2: ‘Mappa di vitalità’ fornita dal CytoDirect Cell Counter. Utilizzando l'analisi morfologica, lo strumento può distinguere tra cellule vive e morte ed escludere altri detriti presenti nel mezzo.

Gli algoritmi di machine learning migliorano questa capacità. I modelli vengono addestrati utilizzando ampi dataset di microscopia olografica digitale, così da poter classificare automaticamente le cellule e generare valutazioni in tempo reale della salute della popolazione. Ciò consente ai ricercatori di visualizzare la vitalità cellulare su un intero campione con una mappa di vitalità e di individuare potenziali problemi prima di procedere con costosi esperimenti a valle. La capacità di monitorare i cambiamenti morfologici è particolarmente preziosa quando si lavora con tipi cellulari che modificano il proprio aspetto durante l'attivazione o la differenziazione, come le cellule T, oppure quando si valutano le risposte cellulari durante screening farmacologici e studi di tossicità. Piuttosto che affidarsi esclusivamente al numero di cellule, i ricercatori possono prendere decisioni basate su un quadro più completo e guidato dai dati della qualità del campione.

La combinazione di microscopia olografica digitale e machine learning del CytoDirect Cell Counter rappresenta un significativo passo avanti nell'analisi cellulare. Automatizzare le misurazioni di routine e fornire approfondimenti più profondi sulla qualità del campione aiuta a ridurre la variabilità, aumentare la fiducia nei risultati sperimentali e prendere decisioni più informate lungo tutto il processo di ricerca.

Poiché la domanda di produttività, riproducibilità e qualità dei dati continua a crescere, tecnologie che offrano in questo modo sia efficienza sia informazioni utilizzabili svolgeranno un ruolo sempre più importante nella moderna ricerca basata sulle cellule.