作者:杜克大学肯·金格里
一种新的快速细胞成像设备可以每分钟分析数万个细胞，以发现疾病的物理迹象
底线包含被识别的整个单元格
中间一行显示每个单元扫描的面积参数
顶行显示每个单元的最终扫描，用颜色编码表示厚度
学分:辛迪·陈，杜克大学 杜克大学的生物医学工程师设计了一种全息系统，能够每分钟成像和分析数万个细胞，以发现和识别疾病迹象
在概念验证演示中，该技术以接近100%的准确性区分了健康样本和癌性或致癌物暴露的癌前细胞，仅使用了25个全息面板中的四个基本细胞物理参数
研究结果指出了一种有前途的筛查或诊断技术，它比目前的标准做法更简单、更便宜，使其成为在偏远、低资源环境中使用的潜在目标
这项研究于11月30日在线发表在《物理学前沿》杂志上
杜克大学生物医学工程教授亚当·沃克斯(Adam Wax)说:“细胞在扫描仪中飞行的速度如此之快，如果计算机不在屏幕上减慢它们的速度，你甚至看不到它们。”
“我们非常兴奋能够同时对这么多细胞成像，因为这表明了这项技术在现场诊断方面的潜力
" 在传统的细胞诊断过程中，从组织刮擦或细针活检获得的细胞被放在载玻片上并染色，以供受过训练的医生仔细放大和检查
但在某些情况下，染色过程会损坏细胞，让受过训练的专家看到载玻片可能需要几天甚至几周的时间
在新的全息成像方法中，样品细胞可以从采集仪器中冲洗出来，进入生物相容的溶液中，然后插入微流控芯片中
这个小装置将样本转移到一系列平行的通道中，这些通道通过线状摄像机下方，有点像传送带通过自动扫描仪下方的新制造物品进行检查
当速度放慢时，细胞图像的行进让人想起《黑客帝国》中绿色的字符在电脑屏幕上的层叠
当细胞飞过时，该设备会自动挑选出整个细胞，并通过它们发出光线
根据光线从其行程返回和不受阻碍的参考光束所需的时间差异，相机可以确定每个细胞的地形，并计算其形状和高度等特征
虽然这些听起来像是简单的测量，但当它们与成千上万的数据点和先进的深度学习技术相结合时，它们可以成为发现疾病的信标
一种新型高速细胞全息装置拍摄的三幅单细胞图像
通过测量细胞的物理特征，研究人员可以识别疾病的迹象
这里，更深、更红的颜色表示更高的单元高度，而更浅的蓝色表示更短的单元高度
学分:辛迪·陈，杜克大学 “处理一个1毫升的样本大约需要30秒，这个样本可能包含50多万个细胞，”在Wax实验室工作的博士生、该论文的第一作者Cindy Chen说
“一旦完成，病理学家就可以为任何被成像的细胞提取单独的数据，以便进行更仔细的检查
" 为了证明这种方法的潜力，Wax和Chen用它对来自三种不同细胞系的8500个细胞进行了成像——健康乳腺细胞、癌性乳腺细胞和暴露于镉(一种已知的强致癌物)的癌前乳腺细胞
虽然这项技术捕捉到了细胞的25个独立的物理特征，但研究人员发现，在这种情况下，区分这三种类型只需要四个特征
通过使用机器学习算法，该设备仅使用其占据的2D面积、其占据的三维空间、其形状和平均高度，就能够以98%至99%的准确率成功地对每个细胞进行分类
“这是一种简单、无标记的成像技术，获得的数据类似于流式细胞术，流式细胞术一次观察一个细胞，通常需要引入荧光标记，”陈说
“我们的想法是，通过这些丰富的定量数据，你可以比使用单一指标更好地分离细胞
" “我们现在正试图找出如何将这项技术应用于医疗点，以确定人们是否在发展中国家接触过这些致癌物，比如地下水中的砷，”Wax补充道
“例如，你可以刷掉某人口腔顶部的一些细胞，看看它们是否接触到饮用水中的致癌物质
"
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