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Un microscopio per cellulare per il rilevamento di malattie
In una svolta sui tradizionali accessori per smartphone, i ricercatori hanno dimostrato la microscopia a fluorescenza utilizzando un collegamento fisico a un normale telefono cellulare. I ricercatori dietro il dispositivo affermano che potrebbe identificare e monitorare malattie come la tubercolosi (TB) e la malaria nei paesi in via di sviluppo con accesso limitato all'assistenza sanitaria o nelle aree rurali degli Stati Uniti.
Diagnosi a scatto: Il Cellscope utilizza un LED a luce blu e filtri per l'imaging a fluorescenza. Il campione viene inserito accanto alla manopola di messa a fuoco in metallo.
Il Cellscope, che è uscito da un progetto di classe di ottica presso l'Università della California, Berkeley, potrebbe catturare ed eseguire semplici analisi di immagini ingrandite di campioni di sangue e di espettorato, o trasmettere le immagini attraverso la rete di telefoni cellulari per l'analisi altrove.
L'aggeggio, un'estensione simile a un tubo agganciata al telefono cellulare con una clip da cintura modificata, funziona proprio come un microscopio tradizionale, utilizzando una serie di lenti che ingrandiscono il sangue o sputano campioni su un vetrino da microscopio. Per rilevare la tubercolosi, ad esempio, un campione di saliva viene infuso con un colorante economico chiamato auramina. Una lunghezza d'onda di eccitazione viene emessa dalla sorgente luminosa, un diodo a emissione di luce blu (LED) all'estremità opposta del dispositivo rispetto al telefono cellulare, e assorbita dal colorante di auramina nel campione di sputo, che emette una fluorescenza verde per illuminare i batteri della tubercolosi. Quindi il software automatizzato può contare i batteri verdi per una diagnosi in tempo reale, oppure l'immagine può essere trasmessa tramite rete cellulare a una struttura separata dove i medici possono analizzarla e rispondere.
L'approccio del telefono cellulare è molto prezioso per tutte le parti del mondo in cui le risorse [mediche] sono scarse, afferma Aydogan Ozcan , un assistente professore di ingegneria elettrica presso l'UCLA, che sta lavorando per sviluppare un metodo senza lenti per l'imaging cellulare mobile. È un grande passo avanti in questo importante settore.
I ricercatori coinvolti nel progetto, guidato dal professore di bioingegneria di Berkeley Daniel Fletcher , descrivono il loro lavoro in un articolo pubblicato sulla rivista PLoS One . In precedenza hanno dimostrato un prototipo di dispositivo che utilizzava la luce bianca, o imaging in campo chiaro, per catturare immagini ingrandite di cellule del sangue colorate per rilevare i parassiti della malaria, un approccio che potrebbe anche identificare i globuli rossi dalla forma strana che indicano l'anemia falciforme. La fluorescenza aggiunge una nuova capacità che potrebbe essere particolarmente utile se resa più economica e portatile.
La microscopia a fluorescenza nei paesi poveri di risorse è difficile, afferma Wilbur Lam, bioingegnere e medico della School of Medicine della UCSF che ha lavorato al progetto come esperto clinico. La tecnologia [di fluorescenza] di livello da laboratorio è costosa e difficile da utilizzare, afferma. Hai bisogno di una stanza buia, una lampada al mercurio e molto allenamento. Queste strutture non sono disponibili in molte aree dei paesi in via di sviluppo, che, osserva Lam, sono i luoghi che hanno più bisogno della tecnologia per rilevare malattie comuni come la tubercolosi. Il dispositivo Cellscope potrebbe essere distribuito agli operatori sanitari in aree remote, estendendo la portata dell'imaging medico basato sulla fluorescenza.
Secondo Fletcher, la fluorescenza è sempre più preferita dall'Organizzazione mondiale della sanità come strumento di rilevamento della tubercolosi, perché è più facile per un occhio inesperto individuare qualcosa di verde piuttosto che individuare una macchia colorata su uno sfondo in campo chiaro. Tuttavia, con le tradizionali apparecchiature a fluorescenza, gli operatori sanitari devono ancora contare i punti su un vetrino da microscopio a occhio, il che può essere inaffidabile. Il gruppo di Berkeley ha sviluppato un software che conta automaticamente i punti verdi; una volta installato sullo smartphone, potrebbe rendere il processo più semplice e veloce.
Il microscopio cellulare potrebbe essere utile anche per la terapia della tubercolosi, dice Lam. I pazienti con tubercolosi devono essere osservati direttamente mentre assumono i farmaci per diverse settimane, per prevenire l'accumulo di resistenza ai farmaci. Il telefono può memorizzare immagini per il confronto e fornisce un feedback immediato, in modo che i pazienti possano andare dal loro operatore sanitario locale e vedere i loro progressi ogni settimana, piuttosto che aspettare un mese prima che i campioni tornino da una posizione di elaborazione centralizzata o vedere complicazioni di la malattia si manifesta tre o quattro mesi dopo.
Questa capacità di trasmettere immagini al microscopio rende il Cellscope un nuovo strumento per la telemedicina, afferma Lam. E poiché alle immagini possono essere associati tag GPS, potrebbero fornire un allarme tempestivo per le epidemie.
La digitalizzazione delle cartelle cliniche è un altro problema per gli operatori sanitari sul campo. Il gruppo di Fletcher si è imbattuto nel problema mentre dimostrava la propria tecnologia in Bangladesh e nella Repubblica Democratica del Congo. I documenti cartacei e penna si perdono facilmente, un problema che il microscopio del telefono cellulare potrebbe risolvere allegando le informazioni di identificazione del paziente a ciascuna immagine digitale. I record potrebbero quindi essere richiamati per un facile riferimento quando un paziente torna alla clinica sanitaria.
La principale innovazione dei ricercatori, afferma Lam, non è stata inventare un nuovo test medico, ma piuttosto prendere un test standard e presentarlo in un modo nuovo. La loro tecnologia sembra essere più piccola, più economica e collegata a un telefono cellulare, dice.
In un mondo con quattro miliardi di telefoni cellulari, molti dei quali nei paesi in via di sviluppo, afferma Ozcan, il microscopio per cellulari potrebbe sfruttare le infrastrutture esistenti per combattere le malattie su un nuovo fronte più mobile.