A point-of-care, microfluidic - based microscanner for the identification and counting of single cells

Abstract

Η συνεχής παρακολούθηση της συγκέντρωσης των κυτταρικών πληθυσμών στο αίμα συνδέεται άρρηκτα με τη διάγνωση και την προσαρμογή της θεραπείας σε ευρύ φάσμα ασθενειών, από λοιμώξεις του ανοσοποιητικού, χρόνιες παθήσεις του αίματος ως και επιπλοκές κατά τη λήψη αντικαρκινικής θεραπείας. Ωστόσο, οι χρονοβόρες διαδικασίες ανάλυσης του αίματος και το αυξημένο κόστος του ιατρικού εξοπλισμού αποτελούν σοβαρή τροχοπέδη στη έγκαιρη διάγνωση μιας νόσου. Πρόσφατα, αναδείχθηκε μία τάση δόμησης της ιατρικής περίθαλψης που θέτει ως επίκεντρο τον ασθενή, στοχεύοντας στην διεξαγωγή ιατρικών εξετάσεων και την εξαγωγή διάγνωσης «παρά τη κλίνη», ήτοι στο σημείο περίθαλψης του ασθενούς. Επωφελούμενη από την ανάπτυξη των μικρο-ηλεκτρομηχανολογικών συστημάτων, της μικρο-οπτικής και της μικρο-ρευστονικής, η παρούσα εργασία στοχεύει στην ανάπτυξη ενός φορητού μικρο-συστήματος, για την απεικόνιση δειγμάτων αίματος. Συγκεκριμένα, προτείνονται: (1) μία συστοιχία μικρο-φακών που επιτρέπει υψηλής ανάλυσης απεικόνιση εκτεταμένων δειγμάτων, με διερχόμενο φωτισμό (2) μία πρωτότυπη σχεδίαση που ενσωματώνει τα στοιχεία οπτικής διέγερσης του δείγματος και συλλογής φωτός στο ίδιο τσιπ, για απεικόνιση ανακλώμενου φωτισμού και (3) ένα μικρορευστονικό τσιπ για απομόνωση συγκεκριμένων κυτταρικών πληθυσμών, με αυξημένη απόδοση δέσμευσης κυττάρων, από μη αραιωμένο, μη επεξεργασμένο αίμα. Ο χαρακτηρισμός των επιμέρους διατάξεων αποδεικνύει: (α) υψηλή διακριτική ικανότητα περί το 1μm υπό συνθήκες μέγιστης μεγέθυνσης (4Χ), με τη δομή διερχόμενου φωτισμού, (β) τη δυνατότητα απεικόνισης συνολικής επιφάνειας δείγματος περί τα 2.5 cm2, (γ) διακριτική ικανότητα 8.8 μm υπό τη δομή του ανακλώμενου φωτισμού, με τη διάταξη που ενσωματώνει την πηγή φωτός στο ίδιο τσιπ με τους φακούς, (δ) τη μείωση του οπτικού μήκους της συνολικής διάταξης κάτω των 2.5 mm και (ε) την μείωση του σφάλματος δέσμευσης λευκών αιμοσφαιρίων στην μικρορευστονική διάταξη σε ένα κλινικά αμελητέο σφάλμα μικρότερο του 3.8 %, κατόπιν σύγκρισης των αποτελεσμάτων με την κυτταρομετρία ροής. Το σύστημα, συνολικά, αποτελεί τεχνολογία βάσης, υπό την έννοια ότι δύναται να εφαρμοστεί σε ευρύ φάσμα ασθενειών και να αξιοποιηθεί ως μετρητής αίματος γενικού σκοπού, «παρά τη κλίνη», όντας σε πλήρη συμμόρφωση με τις απαιτήσεις του Παγκόσμιου Οργανισμού Υγείας σχετικά με τις κατ’ οίκον ιατρικές συσκευές: το χαμηλό κόστος, την ευχρηστία, την απουσία εξωτερικής τροφοδοσίας ή εργαστηριακού εξοπλισμού και τη δυνατότητα να παρέχονται άνευ όρων σε όλους.