世界的な疾病診断のためのレーザーダイオードを搭載したレインボーポータブルサイトフォンに向けて

Scientific Reports volume 12、記事番号: 8671 (2022) この記事を引用

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メトリクスの詳細

In vivo では、Cytophone は、前例のない 1,000 倍の感度向上により、血流中の循環疾患マーカーを直接光音響検出することで、がん、感染症、心血管障害の早期診断が可能であることを実証しました。それにもかかわらず、より高い特異性と移植性を備えた Cytophone が緊急に必要とされています。ここでは、小型マルチスペクトルレーザーダイオードアレイ、時間カラーコーディング、高速時間分解信号処理を統合した新しい Cytophone プラットフォームを紹介します。 2 色 (808 nm/915 nm) レーザーダイオードを使用して、血液バックグラウンドとアーチファクトに対するマラリア感染赤血球内の白と赤の血栓、黒色腫細胞、ヘモゾインのスペクトル識別を実証しました。 Plasmodium yoelii マウスモデルおよび培養ヒト熱帯熱マラリア原虫からのデータは、共焦点光熱顕微鏡および蛍光顕微鏡を用いて in vitro で検証されました。これらの技術により、侵入後 4 時間以内に感染細胞が検出されたため、ヘモゾインはマラリア進行の初期段階におけるスペクトル選択マーカーとして有望です。黒色腫、菌血症、鎌状貧血、血栓症、脳卒中、および異常なヘモグロビン形態の診断を目的とした従来のレーザーを使用したサイトフォンの以前の応用結果と合わせて、この現在の発見は、マルチスペクトルレーザーを備えたポータブルレインボーサイトフォンの開発の可能性を示唆しています。これらおよび他の病気を識別するためのダイオード。

先進的なレーザーを使用した病気の診断は大幅な進歩を遂げています1。さまざまなレーザー法の中でも、光音響 (PA) 技術は、感度、非侵襲性、および最大 3 ～ 5 cm2、3、4 の生体組織への深さの侵入において利点を示しています。いくつかの PA イメージングデバイスは、クローン病の状態の評価 5、乳がんの診断 6,7、頸静脈の血液酸素化のモニタリング 8 など、ヒトの in vivo で有望な臨床結果を実証しています。これらおよび他の多くの病状の診断は、多くの場合、患者の血液検査から始まります。しかし、既存の血液検査では、採取される血液量が少ないため（通常、静脈サンプルの場合は 5 ～ 10 mL、毛細血管サンプルの場合は数 μL）感度が制限され、最大 103 ～ 104 個の異常細胞が見逃されるため、早期診断を行うことができません。または全血液量中のバイオマーカー（成人で約 5 L）9. この欠落した細胞の大部分は、循環腫瘍細胞 (CTC)、細菌、血栓によってそれぞれ形成される転移、敗血症、脳卒中など、治療が困難すぎる疾患の進行を引き起こす可能性があります9,10。特に、多様な CTC アッセイの開発には多大な努力が払われているにもかかわらず、感度が低くデータに一貫性がないため、臨床使用はまだ推奨されておらず、その結果、特に疾患の早期診断においては診断価値が不明確です 10,11。さらに、ほとんどの既存の PA 技術、特に PA イメージングは、皮下血管内に存在する場合でも、典型的な速度 5 ～ 10 cm/s で高速で移動する循環疾患バイオマーカーを検出できず、その有用性はさらに制限されています 10。

これらの制限は、蛍光、光熱（PT）、ラマン、特に PA 検出法とそれらの組み合わせによる in vivo フローサイトメトリーの原理を使用して、in vivo でより大きな血液量を評価することで解決できます 11、12、13。これらの方法の中で、in vivo PA フローサイトメトリー (PAFC) は、血流中の細菌 (黄色ブドウ球菌や大腸菌など)、血栓、鎌状赤血球、エキソソーム、さまざまな形態のヘモグロビン (Hb) の直接検出に臨床的関連性があることが実証されています。）（例、オキシ-、デオキシ-、メタ-Hb）、ナノ粒子（NP）、および固有（例：メラニン、Hb、Hz [ヘモゾイン]、シトクロム、カロテノイド）または人工（例、金 NP）PA を使用した CTC造影剤9、12、14、15、16、17、18、19、20。臨床試験では、PAFC は in vivo で黒色腫患者の CTC、血栓、および CTC 血栓塞栓を検出する既存の診断方法と比較して、前例のない約 1,000 倍の感度向上をもたらしました 21。また、我々は、in vivo PAFC が、動物モデルにおいて 0.0000001% レベルの寄生虫血症で循環マウスのマラリア感染細胞を検出できる可能性があることを実証しました 14,15。

5% parasitemia, they were synchronized with a 5% sorbitol solution to include only 0 to 12-h post-infection ring-stage parasites. These culture plates were monitored until parasites reached the late schizont stage, at which point a 60% Percoll gradient was used to separate the schizont-stage parasites. The collected schizont parasites were reintroduced to a new culture plate with uninfected human erythrocytes and allowed to incubate for 4 h. These P. falciparum cultures were synchronized with a 5% sorbitol solution to create plates containing only 0 to 4-h post-infection ring-stage parasites. The synchronized P. falciparum cultures were monitored for the next 48 h with a serial sampling of the culture every 6 h to prepare thin and thick blood smear microscopy slides for analysis. Nine total samples were taken of the synchronized cultures, including the following time points after erythrocyte infection: 0–4 h, 6–10 h, 12–16 h, 18–22 h, 24–28 h, 30–34 h, 36–40 h, 42–46 h, and 48–52 h./p>