מיקרוסקופי שדה רחב פלורסנט וזרימת cytometry הדמית פלורסנט בטלפון סלולרי
11 באפריל 2013
אנו בודקים את התוצאות האחרונות שלנו על שילוב של מיקרוסקופ פלואורסצנטי וכלי cytometry זרימת הדמיה בטלפון סלולרי באמצעות קבצים קומפקטיים וחסכוניים Opto-fluidic. מכשירים הבוסס טלפון הסלולרי אלה מייקרו ניתוח עשויים להיות שימושיים לניתוח cytometric, כגון ביצוע משימות ספירת תאים שונות, כמו גם לתפוקה גבוהה הקרנה של דוגמה, דגימות מים בגדרות משאבים מוגבלות.
המטרה הכוללת של הליך זה היא להמיר מצלמת טלפון סלולרי לפלטפורמת מיקרוסקופיה פלואורסצנטית או ציטומטר הדמיה פלואורסצנטי. ראשית, פליטת הפלואורסצנט נאספת באמצעות עדשה מחוברת שהוצבה בין הטלפון הסלולרי, יחידת המצלמה והדגימה המעניינת. לאחר מכן, מסנן פלסטיק פשוט בתוך הקובץ המצורף דוחה את אור העירור המפוזר, היוצר רקע שדה כהה להדמיה פלואורסצנטית, וממיר את טלפון המצלמה למיקרוסקופ פלואורסצנטי או ציטומטר הדמיה.
בשלב האחרון מצלמים תמונה או סרטון של חלקיקי הפלואורסצנט המעניינים באמצעות המצלמה במצב לילה. בסופו של דבר, ניתן לצלם חרוזים או תאים פלואורסצנטיים ולאפיין אותם על ידי מצלמת הטלפון הסלולרי. היתרון העיקרי של טכניקה זו על פני מסות קיימות, כמו שימוש במיקרוסקופ פלואורסצנטי קונבנציונלי, הוא שמיקרוסקופ מבוסס טלפון סלולרי הוא קומפקטי, קל משקל וחסכוני, ויש לו פוטנציאל לשימוש באבחון נקודתי.
בהגדרות מוגבלות במשאבים שבהן שירותי בריאות קונבנציונליים אינם זמינים כדי להרכיב את המיקרוסקופ הפלואורסצנטי הנוזלי האופציונלי, יש להתחיל בהצבת עדשת הפלאנו הקמורה לתוך החיבור האופטי במיקום מחזיק העדשה הספציפי שלה. לאחר מכן הנח את מסנן הפלסטיק על מגש המסנן והחלק אותו לתוך הקובץ המצורף. לאחר מכן, הכנס את מגש ה-LED לקובץ המצורף.
הנח את מגלשות זכוכית הדגימה לתוך מגש הדגימה, ולאחר מכן החלק את מגש הדגימה לתוך הקובץ המצורף. לאחר הפניית הנוריות לכיוון קליפ הדגימה, המיקרוסקופיה הפלואורסצנטית הנוזלית המורכבת מתחברת לטלפון הסלולרי, כך שהעדשה הנוספת נמצאת במגע ישיר עם עדשת מצלמת הטלפון הסלולרי. כעת השתמש במתג בקובץ המצורף כדי להדליק את נוריות הלד ולצלם את הדגימה המעניינת עם מצלמת הטלפון הסלולרי.
במצב לילה. כאשר יש צורך לסנן כמויות גדולות של דגימות נוזליות לאיתור אירועים נדירים, ניתן להרכיב מכשיר ציטומטריה של זרימה נוזלית אופטו. התחל בהנחת העדשה הכדורית A לתוך הקובץ המצורף.
לאחר מכן הדביקו את מסנן הספיגה הפלסטי מול עדשת המצלמה והחליקו את התא המיקרופלואידי לתוך החיבור. כעת הצמד את החיבור הנוזלי האופטו המורכב לציטומטריית הדמיה פלואורסצנטית לטלפון הסלולרי, כך שהעדשה הנוספת תהיה במגע ישיר עם עדשת מצלמת הטלפון הסלולרי, והשתמש במתג בחיבור כדי להדליק את נוריות הלד. לאחר מכן, חבר את התעלה המיקרופלואידית למשאבת המזרק והעביר את דגימת הנוזל למכשיר המיקרופלואידית בקצב זרימה קבוע.
לאחר מכן, באמצעות מצב הווידאו של מצלמת הטלפון הסלולרי, צלם סרט של התאים הפלואורסצנטיים הזורמים דרך התעלה המיקרופלואידית כדי להכין דגימות מיקרו-חלקיקים פלואורסצנטיים. ראשית מערבבים 10 מיקרוליטר חרוזי פלורסנט ירוקים ו -10 מיקרוליטר חרוזי פלורסנט אדומים עם 40 מיקרוליטר מים נטולי יונים. בעזרת מיקרו פיפטה מניחים 10 מיקרוליטר מתערובת החרוזים על שקופית זכוכית.
לאחר מכן השתמש בשקופית זכוכית נוספת כדי ליצור מבנה כריך. לבסוף, הכנס את מבנה הכריך למגש הדגימה של חיבור המיקרוסקופיה הפלואורסצנטית הרחבה והחלק אותו לתוך החיבור לטלפון הסלולרי. כדי להכין דגימת תאי דם לבנים עם תווית פלואורסצנטית, העבירו תחילה 200 מיקרוליטר של דגימת דם מלאה מצינור איסוף דם EDTA לצינור פוליסטירן של 1.5 מיליליטר.
לאחר מכן הוסף מיליליטר אחד של מאגר כדוריות דם אדומות לדגימת הדם המלאה של 200 מיקרוליטר וערבב היטב לאחר חמש דקות, צנטריפוגה את דגימת הדם הליזה. לאחר מכן הסר את ה-supernatant resuspend, את כדור תאי הדם הלבנים ב-200 מיקרוליטר של PBS, וערבב בעדינות את התאים לאחר הצנטריפוגה. שוב, הסר את הסופרנטנט והשהה מחדש ב-PBS.
לאחר מכן, הוסף חמישה מיקרוליטרים של תמיסת cyto 16 מילי-מולרית אחת לתאי הדם הלבנים ודגר את הדגימה בנייר אלומיניום למשך 30 דקות. לאחר מכן, לאחר סיבוב הדגימה, שוב, השעו מחדש את כדור תאי הדם הלבנים המסומן ב-PBS נוסף והעבירו חמישה עד 10 מיקרוליטר מדגימת התא על פתק כיסוי. הנח פתק כיסוי שני על החלק העליון של הדגימה ולאחר מכן הכנס את פתקי הכיסוי הסנדוויץ' למגש הדגימה.
צלם את הדגימה באמצעות חיבור המיקרוסקופ הפלואורסצנטי של הטלפון הסלולרי. לחלופין, ניתן להעביר את התאים המסומנים ברציפות דרך התעלה המיקרופלואידית עם משאבת מזרק אוטומטית ניידת המופעלת על ידי סוללה. לאחר מכן, באמצעות מצלמת הטלפון הסלולרי במצב וידאו, צלם סרט מיקרוסקופי פלואורסצנטי של התאים הזורמים.
ניתן לדמות תאים או חלקיקים פלואורסצנטיים במצב סטטי כך שללא כל זרימה נוזלית, ניתן לצפות בשדה ראייה גדול מאוד ברזולוציה מרחבית של כ-10 מיקרומטר. לדוגמה, באיור הזה צולמו חרוזי פלואורסצנט ירוקים ואדומים. איכות תמונה ראויה מושגת על פני שדה ראייה של כ-81 מילימטרים בריבוע לכיוון קצוות שדה הראייה המרכזי.
עם זאת, יש כאן אזורים אברטיביים, מוצגות תמונות של טלפונים סלולריים של תאי דם לבנים עם תווית פלואורסצנטית. שיבוץ זה מציג תמונה דיגיטלית של טלפון סלולרי של תאי דם לבנים עם תווית פלואורסצנטית שנחתכו מהתמונה הראשית. בכניסה זו מוצגות תוצאות פענוח דחיסה עבור הכניסה הראשונה שהתמונה המפוענחת מציגה רמת בהירות דומה לאותה דגימת תא שנצפתה על אובייקט פי 10 עם מיקרוסקופ פלואורסצנטי קונבנציונאלי של אותו שדה ראייה.
לצפייה בסרטון זה, אתה אמור להיות בעל הבנה טובה כיצד להמיר את הטלפון הסלולרי שלך למיקרוסקופ משפטי או ציטומטר הדמיה, המאפשר אפיון הדמיה ותוכן של חרוז או תאים משפטיים.
צפו בתמליל המלא וקבלו גישה לאלפי סרטונים מדעיים
סקירה כללית
מאמר זה דן בהמרה של מצלמת טלפון נייד לפלטפורמה של מיקרוסקופיה פלואורסצנטית או לציטומטר דימות באמצעות אביזרים אופטו-פלואידיים קומפקטיים. הטכניקה מאפשרת ביצוע ניתוח ציטומטרי וסריקה בהספק גבוה (high-throughput screening) בסביבות עם משאבים מוגבלים.
מרכיבי מפתח של המחקר
תחום המדע
- מיקרוסקופיה פלואורסצנטית
- ציטומטריה של זרימה עם דימוי (Imaging flow cytometry)
- דיאגנוסטיקה מבוססת טלפון חכם
רקע
- מיקרוסקופיה פלואורסצנטית היא טכניקה נפוצה להדמיה של דגימות ביולוגיות.
- ציטומטריה של זרימה עם הדמיה מאפשרת ניתוח של חלקיקים בזרם נוזל.
- מיקרוסקופים פלואורסצנטיים קונבנציונליים עשויים להיות מסורבלי ויקרים.
- טכנולוגיית הטלפונים הסלולריים מציעה חלופה ניידת ומשתלמת מבחינה כלכלית.
מטרת המחקר
- פיתוח שיטה להפיכת מצלמות של טלפונים סלולריים לכלי דימוי פלואורסצנטי.
- מתן אפשרות לניתוח ציטומטרי במסגרות שונות.
- אספקת פתרון קל משקל ובמחיר נגיש לאבחון בנקודת הטיפול (point-of-care).
שיטות שנעשה בהן שימוש
- חיבור עדשה לאיסוף פליטה פלואורסצנטית.
- שימוש במסנן פלסטי להסרת אור עירור מפוזר.
- דימות של חלקיקים פלואורסצנטיים באמצעות מצלמת הטלפון הנייד במצב לילה.
- אפיון של חרוזי פלואורסצנציה או תאים באמצעות דימות.
תוצאות עיקריות
- מצלמת הטלפון הנייד יכולה ללכוד תמונות פלואורסצנטיות באופן יעיל.
- הטכניקה מספקת רקע של שדה חשוך לשיפור הצילום.
- היא מדגימה פוטנציאל ליישומים של סריקה בספיקת תפוקה גבוהה.
- השיטה היא קומפקטית, קלה וחסכונית בהשוואה לשיטות מסורתיות.
מסקנות
- מיקרוסקופיה מבוססת טלפונים סלולריים מהווה חלופה רלוונטית למערכות קונבנציונליות.
- גישה זו יכולה להקל על ביצוע אנליזות ציטומטריות בסביבות עם משאבים מוגבלים.
- פיתוח נוסף עשוי לשפר את יישומה באבחון בנקודת הטיפול (point-of-care).
שאלות נפוצות
רלוונטיות תעשייתית למנהלים
שילוב של מיקרוסקופיה פלואורסצנטית בשדה רחב וציטומטריה של זרימה התמונה (imaging flow cytometry) בטלפונים ניידים נותן מענה לאתגר של פריסת ניתוח תאי כמותי בסביבות מבוססות משאבים מוגבלים או במסגרות מבוזרות. גישה זו מאפשרת זרימות עבודה ניתנות להרחבה, חסכוניות וניידות לצורך גילוי בשלבים מוקדמים ומחקר טרנסלציוני, ובכך מרחיבה את הגישה לנתונים ציטומטריים מחוץ לתשתיות מעבדה מסורתיות. הפלטפורמה תומכת בקבלת החלטות מהירה הניתנת ליישום בשטח לצורך מיון דגימות ותיקוף ראשוני של מטרות.
יישומים אסטרטגיים במחקר ופיתוח בביופארמה
גילוי מוקדם ותיקוף מטרה
- מאפשר בחינה מהירה של פנוטיפים תאיים באמצעות כלי דימיון נגישים.
- תומך בתיקוף פונקציונלי של מטרות על ידי כימות של אוכלוסיות תאים המסומנות פלואורסצנטית.
- מסייע בהפחתת סיכונים ביולוגיים בסביבות שבהן חסרה תשתית ציטומטריה קונבנציונלית.
- מספק נתונים ראשוניים לצורך מיון תיקי פרויקטים בתוכניות בשלבים מוקדמים.
סריקה ופיתוח בדיקה
- מכין בדיקות מתוvalidu-ed מבוססות תאים עבור תהליכי סריקת תרכובות בשלבים הבאים.
- מספק תוצאות כמותיות הניתנות לשחזור באמצעות לכידת תמונות וסרטונים דיגיטליים.
- תומך בסטנדרטיזציה של בדיקות וביכולת הרחבה במחקרים מבוזרים או מחקרים בשטח.
- מאפשר הערכה מהימנה של סממנים פלואורסצנטיים בסוגי דגימות מגוונים.
מחקר תרגומי ופרה-קליני
- מתיישב עם אסטרטגיות של ביומרקרים תרגומיים על ידי מתן אפשרות לספירת תאים בשטח (למשל, תאי CD4+ T).
- שומר על רצף משלב הגילוי ועד לאישור פרה-קליני בסביבות מבוזרות.
- תומך בהחלטות קידום מותאמות סיכון באמצעות אספקת נתונים ציטומטריים נגישים.
- מציע הפחתת סיכונים חזויה עבור איכות הדגימה והבעת סממנים תאיים.
שילוב תהליכי עבודה וצינורות עיבוד
פלטפורמה זו, המבוססת על טלפון סלולרי, מתאימה לשלבים החל מגילוי מוקדם ועד למחקר פרה-קליני, ומאפשרת בדיקת היפותזות, סריקה וכימות של ביומרקרים תרגומיים הן בזרימות עבודה מרכזיות והן בזרימות עבודה מרוחקות.
- ביולוגיה של התגליות: מקלה על בדיקת השערות והבהרת מסלולים באמצעות דימות פלואורסצנטי נגיש.
- סריקה: מספקת מוכנות של בדיקות ויכולת שחזור באמצעות פלטים דיגיטליים סטנדרטיים.
- אנליטיקה: מספקת ספירת תאים כמותית ומדידות של עוצמת פלואורסצנציה לצורך ניתוח השוואתי.
- מחקר תרגומי: תומכת בהלימה של סמנים ביולוגיים ומיון דגימות בתנאי שטח או בנקודת הטיפול.
- שימוש חוזר ארגוני: מבססת יכולת ניתוח ציטומטרית ניידת וניתנת לשימוש חוזר במספר תוכניות ובאזורים גיאוגרפיים שונים.
השפעה תפעולית וארגונית
- ערך מדעי: מגביר את הביטחון החזוי ומפחית עמימות מכניסטית במערכי בדיקה תאיים.
- ערך תפעולי: משפר את הסטנדרטיזציה, השחזוריות והיכולת להרחבה (scalability) של זרימות עבודה ציטומטריות.
- ערך אסטרטגי: משפר את קבלת ההחלטות לגבי המשך התקדמות (go/no-go) ואת היעילות ההונית על ידי מתן אפשרות לאיסוף נתונים מהיר ומבוזר.
- השפעה על הפורטפוליו: תומך בתעדוף מותאם סיכון ובקידום פרויקטים בסביבות עם משאבים מוגבלים.
שיקולי יישום
- דורש מומחיות בסיסית בהכנת דגימות ובסימון פלואורסצנטי.
- דורש חומרת טלפון נייד תואמת ואביזרים אופטו-פלואידיים.
- מחייב סטנדרטיזציה בין-צוותית של פרוטוקולי דימוי וניתוח נתונים.
- ניתן להתאמה לסוגי תאים שונים ולמטריצות דגימה שונות במינימום תשתית.
- איכות התמונה והרזולוציה עשויות להיות מוגבלות בהשוואה למערכות מעבדה מתקדמות.
שאלות נפוצות בביופארמה
Chapters in this video
0:05
Title
1:15
Opto-fluidic Attachment for Wide-field Fluorescent Microscopy
2:11
Opto-fluidic Attachment for Fluorescent Imaging Cytometry
3:13
Preparation of Fluorescent Micro-particle Samples
3:52
Preparation of Fluorescently Labeled White Blood Cells
5:18
Results: Representative Wide-field Fluorescent Microscopy and Fluorescent Imaging Flow Cytometry on a Cellphone
6:15
Conclusion
