Celulele sănătoase și celulele canceroase pot arăta similar la microscop. O modalitate de a le diferenția este prin examinarea nivelului de aciditate sau a nivelului de pH din interiorul celulelor.

Folosind această caracteristică distinctivă, o echipă de cercetare de la Universitatea Națională din Singapore (NUS) a dezvoltat o tehnică care folosește inteligența artificială (AI) pentru a determina dacă o celulă este sănătoasă sau canceroasă analizând pH-ul acesteia. Fiecare test de cancer poate fi finalizat în mai puțin de 35 de minute, iar celulele individuale pot fi clasificate cu o rată de precizie mai mare de 95%.

Cercetarea condusă de profesorul Lim Chwee Teck, director al Institutului pentru inovație și tehnologie în domeniul sănătății (iHealthtech) de la NUS, a fost publicată pentru prima dată în revista APL Bioengineering pe 16 martie 2021.

„Capacitatea de a analiza celulele unice reprezintă una dintre “sfintele cupe” ale inovației în sănătate pentru medicina de precizie sau terapia personalizată. Studiul nostru demonstrează potențialul tehnicii noastre de a fi utilizată ca instrument rapid, ieftin și precis pentru diagnosticarea cancerului”, a spus Prof. Lim de la Departamentul de Inginerie Biomedicală al NUS.

Utilizarea AI pentru detectarea cancerului

Tehnicile actuale pentru examinarea unei singure celule pot induce efecte toxice sau pot chiar să distrugă celula. Abordarea dezvoltată de Prof. Lim și echipa sa poate distinge celulele provenite din țesuturile normale și cele canceroase, precum și diferitele tipuri de cancer. În mod crucial, toate acestea pot fi realizate păstrând celulele în viață.

Metoda echipei NUS se bazează pe aplicarea albastrului de bromotimol – un colorant sensibil la pH care schimbă culoarea în funcție de nivelul de aciditate al unei soluții – pe celulele vii.

Datorită activității sale intracelulare, fiecare tip de celulă afișează propria „amprentă digitală”, care constă în propria combinație unică de componente roșu, verde și albastru (RGB) atunci când este iluminată. Celulele canceroase au un pH modificat în comparație cu celulele sănătoase, deci reacționează diferit la colorant, iar acest lucru le modifică amprenta RGB.

Folosind un microscop standard echipat cu o cameră digitală color, sunt capturate componentele RGB emise de colorantul din interiorul celulelor. Utilizând un algoritm, pe care l-au dezvoltat, bazat pe inteligența artificială, cercetătorii NUS au reușit să cartografieze cantitativ amprentele acide unice astfel încât tipurile de celule examinate să poată fi identificate cu ușurință și cu precizie.

Mii de celule provenite din diferite țesuturi canceroase pot fi văzute simultan, iar caracteristicile monocelulare pot fi extrase și analizate. În comparație cu metodele standard actuale de imagistică a celulelor canceroase care necesită câteva ore, procesul dezvoltat de echipa NUS poate fi finalizat în mai puțin de 35 de minute.

„Spre deosebire de alte tehnici de analiză a celulei, abordarea noastră folosește echipamente simple și ieftine și nu necesită o pregătire îndelungată și dispozitive sofisticate. Folosind AI, suntem capabili să ecranăm celulele mai rapid și cu precizie. Mai mult decât atât, putem monitoriza și analiza celulele vii fără a provoca o toxicitate asupra celulelor sau nevoia de a le ucide. Acest lucru ar permite analize suplimentare în aval care ar putea avea nevoie de celule vii”, a explicat Prof Lim.

Deoarece tehnica lor este simplă, are cost redus, este rapidă și de mare randament, echipa de cercetare intenționează să dezvolte o versiune în timp real a acestei tehnici în care celulele canceroase să poată fi recunoscute automat și separate imediat pentru analize moleculare ulterioare, cum ar fi secvențierea genetică, pentru a determina orice posibilă mutație tratabilă de medicament.

“De asemenea, explorăm posibilitatea efectuării analizei în timp real a celulelor canceroase circulante din sânge. O aplicație potențială pentru aceasta ar fi în biopsia lichidă în care celulele tumorale care au scăpat dintr-o tumoare primară pot fi izolate într-un mod minim invaziv de fluidele corporale, cum ar fi sângele. “

Lim Chwee Teck, profesor și director, Institutul pentru Inovare și Tehnologie în Sănătate (iHealthtech), Universitatea Națională din Singapore

Echupa de cercetare așteaptă cu nerăbdare să-și promoveze conceptul pentru a detecta diferite etape ale tumorilor maligne din celulele testate.

 

 

Sursă material & imagine www.news-medical.net.