Поляризованный свет без меток выявляет тонкие деформации эритроцитов

Эритроциты необходимы для транспорта кислорода и иммунной функции в организме человека. Когда эти клетки приобретают аномальную форму, они могут указывать на серьезные заболевания, включая диабет, малярию, наследственные заболевания крови и сосудистые заболевания. В настоящее время медицинский диагноз опирается в первую очередь на оптическую микроскопию, которая требует флуоресцентного окрашивания и ручного осмотра обученными специалистами. Этот традиционный подход страдает от существенных ограничений: он требует много времени, субъективен, плохо воспроизводим и часто упускает тонкие изменения в отдельных клетках. Другие передовые методы, такие как электронная микроскопия и визуализация со сверхвысоким разрешением, могут визуализировать клетки на наноуровне, но они дороги, сложны в эксплуатации и по-прежнему требуют окрашивания. Существует острая клиническая потребность в быстрых, объективных и не требующих маркировки методах анализа деформаций эритроцитов на уровне отдельных клеток.

Исследовательская группа под руководством профессора Нань Цзэна из Международной аспирантуры Цинхуа Шэньчжэнь разработала инновационное решение с использованием технологии поляризованного света. Этот метод, называемый поляриметрией двухугольной матрицы Мюллера (DMMP), анализирует отдельные клетки крови, измеряя, как они изменяют состояние поляризации света. Система освещает клетки поляризованным светом и фиксирует их уникальные характеристики поляризации. Объединив теоретическое моделирование с алгоритмами машинного обучения, исследователи извлекли шесть конкретных параметров поляризации, которые количественно описывают размер, форму, показатель преломления и характеристики поверхности клеток. Команда подтвердила свой подход, протестировав эритроциты в различных стрессовых условиях, имитирующих болезненные состояния. Результаты показали, что параметры поляризации позволяют эффективно различать нормальные клетки и клетки с аномальными деформациями. Кроме того, при анализе смешанных образцов крови, содержащих как здоровые, так и аномальные клетки, классификатор случайного леса, использующий эти параметры, достиг точности более 94% при определении пропорций типов клеток. Эта технология предлагает несколько ключевых преимуществ: она не требует окрашивания или сложной подготовки образцов, позволяет анализировать сотни клеток в минуту для высокопроизводительного скрининга и обеспечивает объективные количественные измерения, а не субъективные визуальные оценки. Этот подход без маркировки можно легко адаптировать для рутинных анализов крови в больницах и клиниках, что потенциально позволит раньше выявлять заболевания, более точно диагностировать и лучше контролировать реакцию на лечение заболеваний, связанных с кровью.