Het verbeteren van de huidige technieken om de vervormbaarheid van rode bloedcellen te meten biedt voordelen bij het opsporen van ziekten. Door veranderingen in de vervormbaarheid van rode bloedcellen vroegtijdig te kunnen detecteren, kunnen patiënten eerder worden gediagnosticeerd en behandeld, waardoor hun prognose wordt verbeterd. Verfijnde meetinstrumenten zullen onderzoekers ook helpen de vervormbaarheid van rode bloedcellen en de mechanismen ervan beter te begrijpen, wat mogelijk kan leiden tot nieuwe therapieën.

"Over het geheel genomen kan het verbeteren van de manier waarop de vervormbaarheid van RBC wordt gemeten leiden tot betere diagnostische hulpmiddelen, verbeterde monitoring van de ziekteprogressie en effectievere behandelingen", voegde Assoc Prof. Ai toe, die een onderzoek leidde dat de op afbeeldingen gebaseerde RBC-vervormbaarheidsbeoordeling via vormclassificatie ontwikkelde. (IRIS)-technologie.

In het artikel "Intelligente beeldgebaseerde vervormbaarheidsbeoordeling van rode bloedcellen via dynamische vormclassificatie" presenteren Assoc Prof. Ai en zijn team IRIS als een nieuwe benadering die de vervormbaarheid van RBC's kan beoordelen door de vorm van een RBC die door een kanaal gaat te classificeren. Het onderzoek is gepubliceerd in het tijdschrift Sensors and Actuators B:Chemical .

IRIS maakt gebruik van deep learning en werkt in vier fasen:microfluïdische opstelling, beeldopname, vormclassificatie en beoordeling van de vervormbaarheid.

RBC's worden eerst in een microfluïdisch kanaal gebracht dat de natuurlijke omgeving van een bloedvat nabootst, en ze raken vervormd. Beelden van de passerende RBC's worden vervolgens vastgelegd door een hogesnelheidscamera en verwerkt door een deep learning-model dat is getraind om RBC's te identificeren en te classificeren in zes vooraf gedefinieerde vormen die verschillende staten van RBC-vervorming vertegenwoordigen.

Ten slotte worden de frequentie en het type van elke vorm onder verschillende omstandigheden beoordeeld. Dit levert kwantitatieve gegevens op over de vervormbaarheid van rode bloedcellen die kunnen worden gebruikt om de gevolgen van de behandeling voor de gezondheid en functionaliteit van rode bloedcellen te controleren.

Hoewel IRIS niet de eerste techniek is om de vervormbaarheid van rode bloedcellen te meten, biedt de op microfluïdica gebaseerde technologie veel voordelen ten opzichte van traditionele technieken zoals optische pincetten en atoomkrachtmicroscopie. Met microfluidics produceert IRIS een veel hogere doorvoer dan traditionele, op één cel gebaseerde technieken, maar kan worden geautomatiseerd en vereenvoudigd, waardoor het handmatige werk door getrainde operators wordt verminderd.

Microfluïdische apparaten vereisen veel kleinere monstervolumes en zijn kosteneffectiever in vergelijking met apparatuur die nodig is bij traditionele technieken. Bovendien kunnen microfluïdische systemen eenvoudig worden geïntegreerd in andere tools en zijn ze schaalbaar voor massaproductie. Deze voordelen maken dergelijke systemen zeer nuttig in wijdverbreide klinische en onderzoeksomgevingen.

Microfluidics maakt ook de nauwkeurige controle van de stromingsomstandigheden in de kanalen mogelijk, waardoor gedetailleerde studies van RBC-gedrag in verschillende door de gebruiker gecontroleerde omgevingen mogelijk worden. Het allerbelangrijkste is dat microfluïdische technieken minder celmanipulatie met zich meebrengen, waardoor de kans kleiner wordt dat de natuurlijke staat van de cel kunstmatig wordt veranderd, wat kan gebeuren wanneer atoomkrachtmicroscopie en een optisch pincet worden gebruikt.

Een ander belangrijk voordeel van IRIS is de viervormclassificatie (4SC). Het gebruik van 4SC in vergelijking met nulvorm (0SC) of tweevormclassificatie (2SC) resulteert in een hogere gevoeligheid als gevolg van een hogere resolutie van vervormingstoestanden, een beter statistisch vermogen en een verbeterde vormherkenningsnauwkeurigheid.

In wezen classificeert 4SC RBC in vier vormen die tussenliggende vervormingstoestanden omvatten. Dit geeft een verfijnder beeld van de vervormbaarheid van RBC's vergeleken met het alleen classificeren van RBC's in twee vormen (2SC) of geen (0SC).

IRIS biedt verschillende voordelen voor gebruik in klinische, therapeutische en onderzoeksomgevingen. Het verkrijgen van gedetailleerde informatie over de vervormbaarheid van rode bloedcellen maakt vroege detectie en diagnose van ziekten mogelijk, terwijl gepersonaliseerde behandelplannen voor elke patiënt mogelijk zijn.

Als methode met hoge doorvoer is IRIS ook nuttig bij het testen van geneesmiddelen waarbij grote hoeveelheden gegevens worden gegenereerd. Ten slotte stelt het vermogen van de technologie om de omgeving van de rode bloedcellen nauwkeurig te wijzigen, gecombineerd met de hoge gevoeligheid ervan, onderzoekers in staat de eigenschappen van de rode bloedcellen onder verschillende omstandigheden te bestuderen, waardoor de onderzoeks- en klinische mogelijkheden worden vergroot.

Assoc Prof Ai heeft tot doel de IRIS-technologie uit te breiden en te verfijnen en de resultaten ervan te valideren met klinische resultaten. Daarnaast kijkt hij naar het creëren van een draagbare IRIS om de toegankelijkheid en het toepassingsbereik ervan te vergroten. Al met al verwacht hij dat IRIS op de lange termijn een betrouwbaar, effectief en toegankelijk diagnostisch hulpmiddel zal worden.

Meer informatie: Minhui Liang et al., Intelligente beeldgebaseerde beoordeling van de vervormbaarheid van rode bloedcellen via dynamische vormclassificatie, Sensoren en actuatoren B:Chemisch (2023). DOI:10.1016/j.snb.2023.135056

Aangeboden door de Singapore University of Technology and Design