Počítání buněk s digitální holografickou mikroskopií

Počítání buněk je jedním z nejčastěji prováděných úkolů v pracovních postupech buněčné biologie a používá se při přípravě buněk ke kultivaci, pasážování, transfekci, editaci genů nebo vývoji testů. Přesto se mnoho laboratoří stále spoléhá na ruční počítání pomocí hemocytometrů, což je technika, která se za více než jedno století změnila jen málo. Ačkoli je široce používané, ruční počítání může být časově náročné, pracné a náchylné k rozdílům mezi uživateli, což znamená, že výsledky často závisí na individuálním posouzení, zejména při hodnocení viability a morfologie buněk.

Alternativní technologie nabízejí lepší přesnost a průchodnost, ale mají také svá omezení. Například systémy založené na rezistivním pulzním snímání dokážou rychle zpracovat velké množství buněk, ale poskytují omezené informace o zdraví a morfologii buněk. Naproti tomu průtoková cytometrie sice poskytuje vysoce detailní data, ale často vyžaduje specializované znalosti, značné kapitálové investice a vyhrazené laboratorní prostory. V důsledku toho čelí mnoho výzkumníků kompromisu mezi jednoduchostí, rychlostí, přesností a hloubkou informací dostupných z každého měření.

Počítadlo buněk CytoDirect pomáhá laboratořím po celém světě překonávat tyto výzvy tím, že v kompaktním a snadno použitelném provedení spojuje automatizované počítání buněk s pokročilou morfologickou analýzou. Technologie digitální holografické mikroskopie funguje tak, že zaznamenává hologram vzorku pomocí laseru a kamerového systému. Pokročilé algoritmy poté tyto informace rekonstruují a vytvářejí detailní 3D obrazy a informace o jednotlivých buňkách i buněčných populacích. Na rozdíl od mnoha tradičních metod je digitální holografická mikroskopie bez značení a nedestruktivní. Buňky není třeba barvit, což zachovává vzorky pro navazující aplikace, zkracuje dobu přípravy a eliminuje náklady na činidla.

Odstranění těchto přípravných kroků umožňuje rychlejší pracovní postupy a vyšší konzistenci, což je pro vytížené laboratoře zásadní. Měření lze dokončit během několika sekund, což umožňuje rychlé rozhodování bez zdlouhavé přípravy nebo inkubace. Automatizovaná analýza také odstraňuje velkou část variability spojené s pracným ručním počítáním a pomáhá zlepšit reprodukovatelnost mezi uživateli i mezi různými experimenty. To vše je navíc součástí kompaktního systému, díky čemuž je tato technologie dostupná v široké škále laboratorních prostředí, od akademického výzkumu až po laboratoře zaměřené na vývoj biopharmaceutical.

Holografie sahá do 40. let 20. století, kdy technik a fyzik Dennis Gabor tuto techniku poprvé popsal. Za tuto práci získal Gabor v roce 1971 Nobelovu cenu za fyziku [1]. Později Gabor aplikoval holografii v mikroskopii, aby zlepšil rozlišovací schopnost elektronových mikroskopů [2]. Digitální holografická mikroskopie na tomto principu staví. Obrazy vzorků rekonstruuje z interferenčních obrazců namísto z fyzického filmu. Strojové učení nyní tuto stoletou techniku dále rozšiřuje a tato kombinace analyzuje celé buněčné populace během několika sekund.

Přesné počty surových buněk jsou zásadní, ale moderní výzkum stále častěji vyžaduje i hlubší pohled na zdraví a kvalitu buněk. Buňky lze klasifikovat ručně pomocí mikroskopických technik, ale protože se to provádí okem, je to spojeno s inherentním uživatelským zkreslením, které zavádí variabilitu. Jednou z nejvýznamnějších výhod přístroje CytoDirect Cell Counter je jeho schopnost objektivně klasifikovat buňky a hodnotit životaschopnost, čímž minimalizuje subjektivní zkreslení. Technologie analyzuje jemné rozdíly v buněčné morfologii a indexu lomu, rozlišuje mezi živými a mrtvými buňkami a vyhýbá se detritu a kontaminantům v rámci vzorku (obr. 2).

Obrázek 2: „Mapa životaschopnosti“ poskytovaná přístrojem CytoDirect Cell Counter. Pomocí morfologické analýzy dokáže přístroj rozlišit mezi živými a mrtvými buňkami a vyloučit další detrit v médiu.

Tyto schopnosti dále rozšiřují algoritmy strojového učení. Modely jsou trénovány na rozsáhlých souborech dat z digitální holografické mikroskopie, takže mohou automaticky klasifikovat buňky a generovat hodnocení zdravotního stavu populace v reálném čase. To umožňuje výzkumníkům zobrazit životaschopnost buněk napříč celým vzorkem pomocí mapy životaschopnosti a identifikovat potenciální problémy dříve, než přejdou k nákladným navazujícím experimentům. Schopnost sledovat morfologické změny je obzvláště cenná při práci s typy buněk, které mění svůj vzhled během aktivace nebo diferenciace, například T lymfocyty, nebo při vyhodnocování buněčných reakcí v průběhu screeningu léčiv a studií toxicity. Místo spoléhání se pouze na počty buněk mohou výzkumníci činit rozhodnutí na základě úplnějšího, daty podloženého obrazu kvality vzorku.

Kombinace digitální holografické mikroskopie a strojového učení v přístroji CytoDirect Cell Counter představuje významný pokrok v analýze buněk. Automatizace rutinních měření a poskytování hlubších poznatků o kvalitě vzorku pomáhá snižovat variabilitu, zvyšovat jistotu v experimentálních výsledcích a činit informovanější rozhodnutí v průběhu celého výzkumného procesu.

S tím, jak nadále roste poptávka po produktivitě, reprodukovatelnosti a kvalitě dat, budou technologie, které tímto způsobem poskytují jak efektivitu, tak i využitelné informace, hrát v moderním buněčně orientovaném výzkumu stále důležitější roli.