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Compter les cellules en quelques secondes
Des tests cliniques pour identifier et compter les cellules normales et bactériennes dans le sang et d'autres échantillons peuvent indiquer aux médecins la source d'une infection bactérienne ou les aider à surveiller la santé immunitaire des personnes vivant avec le VIH. Mais le comptage cellulaire conventionnel est coûteux et prend du temps. Un système d'imagerie simple et sans lentille développé par des chercheurs de l'Université de Californie à Los Angeles utilise une puce comme celle que l'on trouve dans un appareil photo numérique pour compter et distinguer différents types de cellules dans le sang et l'eau potable, et des algorithmes simples pour identifier et compter les cellules. L'imageur pourrait être transporté dans un appareil de la taille d'un téléphone portable et utilisé pour surveiller la qualité de l'eau et fournir des diagnostics bon marché dans les zones rurales et sous-développées.
Compter les ombres : Un nouveau compteur de cellules utilise la puce d'imagerie d'un appareil photo numérique pour enregistrer les ombres, ou signatures de diffraction, des cellules dans le sang et d'autres échantillons. Des algorithmes simples permettent d'identifier et de compter les cellules car chaque type de cellule a une signature unique. Dans cette image prise avec le compteur de cellules, les cellules de levure sont entourées de bleu, les globules rouges sont entourés de rouge et les billes sont entourées de vert.
L'imageur peut trouver un petit nombre de cellules dans un grand échantillon non traité. Un échantillon d'eau ou de sang est chargé sur une lame de verre au-dessus d'une puce photosensible identique à celles utilisées dans les appareils photo numériques grand public ; puis il est illuminé d'en haut. Ce que nous enregistrons n'est pas une image mais une signature de diffraction, dit Aydogan Ozcan , professeur adjoint de génie électrique à l'UCLA qui développe le compteur de cellules. Contrairement aux microscopes conventionnels, qui prennent des photos détaillées de très petits échantillons, la technique de diffraction d'Ozcan est rapide et peu coûteuse. Les images floues et pixelisées créées par son compteur de cellules sont de si mauvaise qualité qu'Ozcan n'appelle pas le système un microscope. Mais ces images contiennent juste assez d'informations pour identifier et compter les cellules, ce qui est tout ce qui est nécessaire pour de nombreuses applications de diagnostic clinique.
Le comptage des cellules est généralement effectué à l'aide de machines appelées cytomètres en flux, qui coûtent jusqu'à des centaines de milliers de dollars. La technique doit être réalisée en laboratoire et nécessite plusieurs étapes. Les microscopes conventionnels peuvent également être utilisés pour trouver et compter les cellules, mais les microscopes sont coûteux et le processus est complexe. Si vous vouliez dépister quelques cellules bactériennes dans quelques millilitres d'eau, vous auriez besoin de faire des centaines de tests avec un microscope ordinaire, explique Ozcan.
Dans la méthode d'Ozcan, lorsque la lumière traverse un type de cellule donné, la lumière se diffracte ou se courbe d'une manière caractéristique. Chaque type de cellule a une signature de diffraction unique qui dépend de sa taille, de sa forme et d'une qualité optique appelée indice de réfraction. Ozcan a compilé une bibliothèque de signatures de diffraction caractéristiques pour différents types de cellules. Après que son compteur de cellules ait pris une image, il consulte rapidement sa bibliothèque pour déterminer le nombre de cellules de chaque type dans l'échantillon. Ces calculs ne nécessitent pas beaucoup de puissance de traitement et pourraient être effectués sur un appareil mobile tel qu'un téléphone portable, explique Ozcan.
Le compteur a un débit élevé. Bien qu'il soit capable de détecter un petit nombre de cellules, il peut imager jusqu'à 100 000 cellules dans un champ de vision de 20 centimètres carrés en une seconde. Le compteur peut, par exemple, déterminer la concentration de globules rouges dans un échantillon de sang non traité avec une précision de 90 %. La numération des globules rouges peut être utilisée pour diagnostiquer l'anémie, pour surveiller le paludisme et pour surveiller les réponses des patients à la chimiothérapie.
Ce que [Ozcan] fait a un potentiel pour les appareils portables qui fonctionnent sur le terrain, dit Alexandre Revzine , professeur adjoint de génie biomédical à l'Université de Californie, Davis. Rezvin a entamé une collaboration avec Ozcan pour développer un test bon marché basé sur la diffraction pour le comptage des cellules T chez les patients VIH - une mesure de la santé du système immunitaire qui est utilisée pour déterminer quand commencer un traitement médicamenteux et s'il fonctionne. De toute évidence, un environnement pauvre en ressources est un objectif, mais il n'est pas nécessaire de l'utiliser uniquement en Afrique s'il s'agit d'une technologie robuste, explique Rezvin.
C'est une technique très pratique, dit Mehmet Fatih Yanik , professeur assistant au Laboratoire de recherche en électronique du MIT. Le travail d'Ozcan peut réduire considérablement les coûts et les efforts requis pour le comptage des cellules, permettant son utilisation courante même dans les pays du tiers monde pour une variété d'applications médicales.
Jusqu'à présent, le groupe d'Ozcan a développé des compteurs de cellules prototypes sur la paillasse du laboratoire. Ensuite, dit-il, il convertira un téléphone portable en un laboratoire de diagnostic mobile en retirant l'objectif de la caméra et en insérant la puce d'imagerie et un système mécanique pour charger les lames de microscope.