Prihodnost štetja celic z digitalno holografsko mikroskopijo

Štetje celic je ena najpogosteje izvajajočih se nalog v delovnih tokovih celične biologije in se uporablja pri pripravi celic za kultivacijo, pasažo, transfekcijo, gensko urejanje ali razvoj testov. Kljub temu se številni laboratoriji še naprej zanašajo na ročno štetje s hemocitometri, tehniko, ki se že več kot stoletje le malo spreminja. Čeprav se široko uporablja, je ročno štetje lahko zamudno, zahteva veliko dela in je dovzetno za razlike med uporabniki, kar pomeni, da so rezultati pogosto odvisni od posameznikove presoje, zlasti pri ocenjevanju preživetja in morfologije celic.

Alternativne tehnologije ponujajo boljšo natančnost in večjo prepustnost, vendar imajo tudi svoje omejitve. Na primer, sistemi za zaznavanje uporovnih pulzov lahko hitro obdelajo veliko število celic, vendar zagotavljajo omejene informacije o zdravju in morfologiji celic. Nasprotno pa pretočna citometrija sicer zagotavlja zelo podrobne podatke, vendar pogosto zahteva specializirano strokovno znanje, znatne kapitalske naložbe in namenski laboratorijski prostor. Posledično se številni raziskovalci soočajo s kompromisom med preprostostjo, hitrostjo, natančnostjo in globino informacij, ki so na voljo iz vsake meritve.

Števec celic CytoDirect pomaga laboratorijem po vsem svetu premagovati te izzive s kombinacijo avtomatiziranega štetja celic in napredne morfološke analize v kompaktni in enostavni obliki za uporabo. Tehnologija digitalne holografske mikroskopije deluje tako, da s sistemom laserja in kamere posname hologram vzorca. Napredni algoritmi nato rekonstruirajo te informacije in ustvarijo podrobne 3D-slika ter informacije o posameznih celicah in celičnih populacijah. Za razliko od številnih tradicionalnih metod je digitalna holografska mikroskopija brez označevanja in nedestruktivna. Celic ni treba barvati, kar ohrani vzorce za nadaljnje aplikacije, skrajša čas priprave in odpravi stroške reagentov.

Odstranitev teh pripravljalnih korakov omogoča hitrejše delovne tokove in večjo doslednost, kar je ključno za zasedene laboratorije. Meritve je mogoče opraviti v nekaj sekundah, kar omogoča hitro odločanje brez dolgotrajne priprave ali inkubacije. Avtomatizirana analiza prav tako odpravi velik del spremenljivosti, povezane z delovno intenzivnim ročnim štetjem, ter pomaga izboljšati ponovljivost med uporabniki in pri različnih poskusih. Vse to je na voljo tudi v kompaktnem sistemu, zaradi česar je tehnologija dostopna v širokem razponu laboratorijskih okolij, od akademskih raziskovalnih nastavitev do laboratorijev za razvoj biofarmacevtskih izdelkov.

Holografija sega v 40. leta 20. stoletja, ko je inženir in fizik Dennis Gabor prvi opisal to tehniko. Gabor je za to delo leta 1971 prejel Nobelovo nagrado za fiziko [1]. Gabor je pozneje holografijo uporabil v mikroskopiji, da bi izboljšal ločljivost elektronskih mikroskopov [2]. Digitalna holografska mikroskopija temelji na tem načelu. Slike vzorca rekonstruira iz interferenčnih vzorcev namesto s fizičnega filma. Strojno učenje zdaj razširja to stoletja staro tehniko, kombinacija pa v nekaj sekundah analizira celotne celične populacije.

Natančno štetje surovih celic je bistvenega pomena, vendar sodobne raziskave vse pogosteje zahtevajo tudi globlji vpogled v zdravje in kakovost celic. Celice je mogoče ročno razvrščati z mikroskopskimi tehnikami, vendar je pri takšnem vizualnem ocenjevanju prisotna neločljiva uporabniška pristranskost, ki vnaša variabilnost. Ena najpomembnejših prednosti naprave CytoDirect Cell Counter je njena zmožnost objektivnega razvrščanja celic in ocenjevanja viabilnosti, s čimer zmanjšuje subjektivno pristranskost. Tehnologija analizira subtilne razlike v celični morfologiji in lomnem količniku, razlikuje med živimi in odmrlimi celicami ter iz vzorca izloča ostanke in onesnaževalce (slika 2).

Slika 2: »Mapa viabilnosti«, ki jo zagotavlja CytoDirect Cell Counter. Z uporabo morfološke analize naprava lahko razlikuje med živimi in odmrlimi celicami ter iz medija izloči tudi druge ostanke.

Algoritmi strojnega učenja to zmožnost še dodatno izboljšajo. Modeli so usposobljeni z obsežnimi nabori podatkov digitalne holografske mikroskopije, tako da lahko samodejno razvrščajo celice in v realnem času pripravljajo ocene zdravstvenega stanja populacije. To raziskovalcem omogoča, da z uporabo mape viabilnosti vizualizirajo viabilnost celic po celotnem vzorcu ter prepoznajo morebitne težave, preden nadaljujejo s dragimi nadaljnjimi eksperimenti. Zmožnost spremljanja morfoloških sprememb je še posebej dragocena pri delu s tipi celic, ki med aktivacijo ali diferenciacijo spremenijo svoj videz, kot so T-celice, ali pri ocenjevanju celičnih odzivov med presejanjem zdravil in študijami toksičnosti. Namesto da bi se zanašali izključno na število celic, lahko raziskovalci sprejemajo odločitve na podlagi bolj celovite, na podatkih temelječe slike kakovosti vzorca.

Kombinacija digitalne holografske mikroskopije in strojnega učenja v napravi CytoDirect Cell Counter predstavlja pomemben napredek v analizi celic. Avtomatizacija rutinskih meritev in zagotavljanje globljega vpogleda v kakovost vzorca pomagata zmanjšati variabilnost, povečati zaupanje v eksperimentalne izide ter omogočata bolj informirane odločitve skozi celoten raziskovalni proces.

Ker povpraševanje po produktivnosti, ponovljivosti in kakovosti podatkov še naprej narašča, bodo tehnologije, ki na tak način zagotavljajo učinkovitost in uporabne informacije, v sodobnih raziskavah na celicah igrale vse pomembnejšo vlogo.