Közösségi mikroszkópiával a fertőző betegségek ellen

Az Octopi nevű új, alacsony költségű, moduláris mikroszkóp az első lépést jelentheti malária és más betegségek diagnosztizálásának forradalmasítása felé.

Közösségi mikroszkópiával a fertőző betegségek ellen

Az ugandai laboránsok élete meglehetősen egyhangúan telik: napjaik javát vérminták maláriára való tesztelésével töltik. Vagyis pár csepp vért kennek egy tárgylemezre, megfestik a mintát, majd mikroszkóppal elkezdik számolni, hogy hány malária kórokozót – egy egysejtű parazitát – látnak. A „létszámot” egy mechanikus kézi számlálóval követik nyomon.

Egy-egy vérminta tesztelése ezzel a módszerrel fél-egy órát vesz igénybe, és mivel az egészségügyi intézményeket naponta tucatjával keresik fel a maláriagyanús betegek, a laborokban dolgozó alacsony létszámú személyzetnek sokszor arra sincs ideje, hogy pár percre megpihenjen. Ehelyett napi 8–10 órát görnyednek a mikroszkóp felett, és számolják a parazitákat, hogy lépést tudjanak tartani a beérkező betegmintákkal.

Olcsó és gyors diagnosztika a fejlődő országoknak

Az indiai születésű, jelenleg a Stanfordon dolgozó Manu Prakash ezen szeretne változtatni. A biofizikus pár éve Foldscope nevű találmányával került be a hírekbe: ez egy olyan zsebmikroszkóp, amely mindössze 1 dollár körüli összegbe kerül, több mint 2000-szeres nagyítást biztosít, és egy olyan lapból lehet összehajtogatni, amelybe az optikai összetevőket is beleágyazták gyártás közben. A cél a Foldscope esetében is az volt, hogy a világ infrastrukturálisan elmaradott részein olyan eszközt adjon az egészségügyben dolgozók és más területek kutatói kezébe, amely könnyen kezelhető, olcsó és mégis kellően hatékony a minták elemzéséhez.

Galéria megnyitása
Foldscope

Korábbi találmánya terepi tesztjei során azonban Prakash azzal szembesült, hogy a malária és egyes más betegségek esetében nem elég, ha a diagnosztizáláshoz használt eszközök olcsók, arra is nagy szükség van, hogy a tesztek gyorsabban elvégezhetők legyenek. Ami a maláriát illeti, léteznek már ugyan olyan gyorstesztek, amelyek képesek kimutatnia betegséget, de ezek nem adják meg az egységnyi vérben jelenlévő paraziták számát, ami pedig fontos információt jelent a fertőzés súlyosságának megítélése során, és komolyan befolyásolja, hogy milyen terápiát ítél legalkalmasabbnak az orvos.

A betegség súlyosságának felméréséhez tehát mindenképp meg kell számolni a kórokozókat, amihez jelenleg képzett laboránsokra, megfelelő minőségű mikroszkópokra, és persze időre van szükség. Prakash és kollégája, Hongquan Li azonban kifejlesztettek egy gyorsabb megoldást:

létrehoztak egy nagysebességű, maláriadetektáló rendszert, amely automatikusan képes a minták szkennelésére.

Az Octopi nevű fejlesztés egy neurális hálózatot használ a munka során, amely több mint 20 ezer korábbi mintán tanulta meg a parazitaszámlálást és 120-szor gyorsabban végez egy-egy tárgylemezzel, mint az emberi technikusok.

Az Octopi egy telefon töltőkábeléről üzemeltethető, mindössze 3 kilogrammot nyom, így könnyen mozgatható, és a kereskedelmi forgalomban hozzáférhető alkatrészekből 250–500 dollárért (73–150 ezer forint) összeszerelhető, ami olcsóbb a legtöbb maláriadetektálásra alkalmas mikroszkóp áránál és a többi jelenleg létező, automatikus parazitaszámláló rendszernél is.

Moduláris sejtszámláló

Prakash pályafutása jelentős részét azzal töltötte, hogy olyan olcsó orvosi eszközöket fejlesszen ki, amelyek a világ legszegényebb régióiban is használhatók. A már említett Foldscope mellett a nevéhez fűződik egy 10 dolláros tapasz létrehozása, amely parazita férgek kimutatására alkalmas, de egy 20 centes, kézzel működtethető centrifuga kifejlesztésében is részt vett, amely annak dacára, hogy lényegében egy madzaggal működtetett papírkorong, percenként 125 ezer fordulattal képes pörgetni a betegmintákat, vagyis abszolút versenyre kelhet a piacon kapható drága és nehéz motoros centrifugákkal.

Galéria megnyitása
Paperfuge

A maláriatesztek felgyorsítása ugyanakkor egészen új kihívást jelentett a szakértők számára. Li először DVD meghajtókat próbált átépíteni egy olyan rendszer kialakításához, amely gyorsan és hatékonyan képes átvizsgálni a tárgylemezeket. Végül azonban Prakash-sal úgy döntöttek, hogy egy teljesen új rendszert terveznek. Így született meg a moduláris kialakítású Octopi, amelyben a megvilágító, a szkennelést végző és a feldolgozó egységek külön alrendszereket alkotnak, amelyek mágnesek segítségével illeszthetők össze.

A végeredmény nem nagyon hasonlít egy hagyományos mikroszkópra, hiszen nincs rajta okulár, viszont a tárgylemezeket a megszokott módon kell előkészíteni és behelyezni. Aztán csak el kell indítani a szkennelést, és kivárni a végeredményt. A moduláris kialakítás nagyon flexibilissé teszi a rendszert, hiszen a laboránsok könnyen válthatnak az alacsony nagyítású modul, amely a paraziták gyors detektálására szolgál, és az erősebb nagyítást biztosító modul között, amellyel a minta legfertőzöttebb részeinek alaposabb elemzését lehet elvégezni.

De ugyanígy, a modulok cseréjével lehet változtatni a vizsgálat módján is a legegyszerűbb, fehér fénnyel való átvilágítástól kezdve a komplexebb, fluoreszcens technikákig.

A malária kapcsán az utóbbiak kifejezetten jól használhatók lehetnek, mivel ahogy Li kísérletezgetés közben felfedezte, a parazitákkal fertőzött sejtek enyhén más színnel fluoreszkálnak, mint a környező egészséges vérsejtek. Ezt az eltérést szabad szemmel ugyan nem könnyű észlelni, de a mesterséges rendszer annál könnyebben detektálja, és sokkal egyszerűbben megbirkózik vele, mint a szabad szemes számlálásra kialakított festési módszerekkel.

Demokráciát a mikroszkópiába!

Az Octopi elnevezés több okból is találó. Egyrészt betűszóként lazán tükrözi a rendszer hosszabb, angol elnevezését (open configurable high-throughput platform for infectious diseases, azaz nyílt konfigurációjú, nagy teljesítményű platform a fertőző betegségek vizsgálatára), másrészt a polipokhoz hasonlóan sokoldalú és flexibilis. Harmadrészt a „pi” végződés utal a rendszer és sok más hasonló, fejlődő országokba szánt fejlesztés lelkét adó egyszerű számítógépre, a Raspberry Pi-re is.

Galéria megnyitása

Prakash júliusban tette közzé az Octopi felépítését és eddigi eredményeit, amelyeket szakmai körökben nagy lelkesedéssel fogadtak, annak ellenére is, hogy az ezeket taglaló tanulmány még nem esett át formális lektoráláson. Prakash és Li mielőbb szeretné klinikai környezetben is tesztelni a rendszert, és ennek ügyében már Peruban, Ugandában és Indiában is zajlanak tárgyalások több egészségügyi intézménnyel.

„A malária diagnosztizálása nagyon időigényes folyamat, és ez az eszköz megengedhető áron automatizálja a procedúrát”

– mondja Elena Gómez-Díaz, spanyol maláriakutató. Az ugyanakkor egyelőre kérdéses, hogy az Octopi képes lesz-e helyettesíteni a fejlődő országokban jelenleg dolgozó laboránsok tehetségét és tapasztalatát, teszi hozzá a szakértő, aki szerint ezek az emberek igazi hősök.

Ezzel kapcsolatban Prakash is hasonlóan érez, és a célja nem is a laboránsok leváltása, hanem a munka könnyebbé tétele – nem csak a malária esetében. Az Octopi ugyanis moduláris kialakításának köszönhetően könnyen átépíthető úgy, hogy más betegségek detektálására is alkalmas legyen. A fejlesztő csoport máris sikeresen használta például a tbc, a tüdőgyulladás, az afrikai álomkór és a leishmaniasis nevű betegség baktériumainak és parazitáinak azonosítására.

„Olyan, mint egy svájci bicska, amelyhez a világon bárki gyárthat új modulokat”

– mondja Prakash. És a fejlesztők szeretnék is, hogy így legyen, ezért is tették bárki számára szabadon hozzáférhetővé az Octopi felépítését és programkódjait. Prakash ezen felül, ahogy a Foldscope esetében is tette, a következő hónapokban 100 készüléket ingyenesen szétoszt a világ különböző pontjain dolgozók kutatóknak azzal a feltétellel, hogy a rendszerrel begyűjtött adatokat ők is nyíltan közzéteszik majd.

Prakash végső célja a mikroszkópia demokratizálása: reményei szerint egy napon lehetséges lesz, hogy az egészségügyben dolgozók egy olcsó, automatizált mikroszkópokból álló hálózat révén diagnosztizálják a fertőző betegségeket, olyan algoritmusok segítségével, amelyek folyamatosan fejlődnek a hálózatban gyűlő adatoknak köszönhetően.

Galéria megnyitása
Octopi

Neked ajánljuk

Kiemelt
-{{ product.discountDiff|formatPriceWithCode }}
{{ discountPercent(product) }}
Új
Teszteltük
{{ product.commentCount }}
{{ voucherAdditionalProduct.originalPrice|formatPrice }} Ft
Ajándékutalvány
0% THM
{{ product.displayName }}
nem elérhető
{{ product.originalPrice|formatPriceWithCode }}
{{ product.grossPrice|formatPriceWithCode }}
{{ product.grossPrice|formatPriceWithCode }}
{{ product.displayName }}

Tesztek

{{ i }}
{{ totalTranslation }}
Sorrend

Szólj hozzá!

A komment írásához előbb jelentkezz be!
{{ orderNumber }}
{{ showMoreLabelTranslation }}
A komment írásához előbb jelentkezz be!
Még nem érkeztek hozzászólások ehhez a cikkhez!
Még nem érkeztek hozzászólások ehhez a cikkhez!
Segíts másoknak, mondd el, mit gondolsz a cikkről.

Kapcsolódó cikkek

Magazin címlap