Parasitaire infecties treffen honderden miljoenen mensen, wereldwijd een ernstige bedreiging voor de volksgezondheid vormen. Bijvoorbeeld, slaapziekte en de ziekte van Chagas zijn verwaarloosde tropische ziekten die worden veroorzaakt door de door bloed overgedragen Trypanosoma-parasiet. Historisch gezien weinig aandacht, deze verwoestende ziekten treffen vooral mensen in Afrika bezuiden de Sahara en Zuid-Amerika, veroorzaakt een enorme sociaaleconomische last.

Optische microscopie van lichaamsvloeistofmonsters door opgeleide medische experts blijft een van de meest gebruikelijke benaderingen om parasitaire infecties in lichaamsvloeistoffen te diagnosticeren. Echter, klinisch relevante parasietconcentraties in lichaamsvloeistoffen kunnen extreem laag zijn. Omdat conventionele optische microscopie doorgaans een zeer klein beeldvolume heeft, het heeft vaak moeite om de gevoeligheid te bieden die nodig is voor een vroege diagnose. Bovendien, de taak wordt nog uitdagender wanneer parasitaire infecties in het bloed moeten worden opgespoord. Omdat er miljarden bloedcellen in elke milliliter bloed zitten, en ze veroorzaken occlusie, waardoor het opsporen van parasieten in het bloed een speld in een hooiberg wordt.

Onderzoekers van de UCLA Henry Samueli School of Engineering hebben een goedkoop en draagbaar platform ontwikkeld dat snel automatisch beweeglijke parasieten in lichaamsvloeistoffen kan detecteren. Met behulp van hun platform, meer dan 3 ml van een lichaamsvloeistofmonster kan binnen 20 minuten worden afgebeeld en geanalyseerd, het verschaffen van een doorvoer die ordes van grootte beter is dan traditioneel op optische microscopie gebaseerd onderzoek.

Het onderzoek, gepubliceerd in Licht:wetenschap en toepassingen , werd geleid door Aydogan Ozcan, Chancellor's Professor of Electrical and Computer Engineering aan de UCLA en de associate director van het California NanoSystems Institute aan de UCLA, samen met Kent Hill, een professor in de afdeling Microbiologie, Immunologie, en Moleculaire Genetica aan de UCLA.

In plaats van direct een stilstaand beeld van het vloeistofmonster vast te leggen en te zoeken naar parasieten, dit unieke platform pakt het anders aan en detecteert beweging binnen het monster. Het neemt high-frame-rate video's op van de holografische patronen van het monster verlicht met laserlicht. Vervolgens, een bewegingsanalyse-algoritme analyseert deze vastgelegde video's op microschaal en zet de voortbeweging van de doelparasieten in het monster om in een signaalvlek, die wordt gedetecteerd en geteld met behulp van kunstmatige intelligentie.

"Hoewel beweeglijkheid een veelvoorkomend kenmerk is van verschillende parasieten en andere ziekteverwekkende micro-organismen, het gebruik ervan als een vingerafdruk voor diagnose is zeer onderbelicht en ons werk levert baanbrekende resultaten op, deze unieke kans te benadrukken, ' zei Ozcan.

"Ons platform kan worden beschouwd als een bewegingsdetector in de microscopische wereld, die zich vastzet op bewegende objecten in het monster." zei Yibo Zhang, een UCLA-promovendus en de eerste auteur van deze studie. "Locomotie wordt gebruikt als zowel een biomarker als een contrastmechanisme om parasieten van normale cellen te onderscheiden."

Het proof-of-concept van dit apparaat is aangetoond met behulp van Trypanosoma-parasieten, die meerdere ondersoorten hebben die slaapziekte en de ziekte van Chagas veroorzaken. De detectielimiet van het apparaat werd gekwantificeerd als 10 parasieten per milliliter volbloed, wat ongeveer vijf keer beter is dan de state-of-the-art parasitologische detectiemethoden. Deze verbeterde detectiegrens kan ertoe leiden dat slaapziekte en de ziekte van Chagas beter in een vroeger stadium kunnen worden opgespoord, wat essentieel is om het genezingspercentage te verbeteren en de prevalentie te verminderen. Voorbij trypanosomen, de auteurs demonstreerden ook het gebruik van hun apparaat om Trichomonas vaginalis te detecteren, benadrukken dat hun techniek toepasbaar is op verschillende parasieten en beweeglijke micro-organismen.

Het UCLA-apparaat is compact en lichtgewicht (1,69 kg) en de kosten van het prototype bedragen minder dan $ 1850, die kan worden teruggebracht tot minder dan $ 800 wanneer deze in grotere volumes wordt vervaardigd. "Dankzij de hoge gevoeligheid, makkelijk te gebruiken, lagere kosten en draagbaarheid, we geloven dat onze techniek de screening op parasieten kan verbeteren, vooral in arme gebieden en endemische regio's, " zei Hatice Ceylan Koydemir, een UCLA postdoctoraal onderzoeker, wie is een co-auteur van deze studie.