Van hemocytometer tot lensvrije chips: wat is er geëvolueerd in 150 jaar celtelling?
In levenswetenschappelijke laboratoria ontvouwt zich vaak een bekend tafereel: voor een microscoop plaatst een onderzoeker een druppel celsuspensie op een hemocytometer, observeert zorgvuldig raster voor raster, noteert aantallen en berekent de celconcentratie. Dit was ooit een standaard, dagelijkse routine voor talloze laboratoriummedewerkers.
Hoewel het slechts lijkt op "cellen tellen", dicteert het kritieke beslissingen in celkweek, medicijnontdekking en celtherapie.
Vandaag traceren we de historische tijdlijn om te verkennen hoe celanalyse stap voor stap is geëvolueerd van "het tellen van rasterlijnen" tot "lensloze chiptechnologie."
De ontwikkeling van moderne celanalysetechnologie dateert uit de 19e eeuw.
De Franse wetenschapper Louis-Charles Malassez vond de hemocytometer uit, die microscopische observatie combineerde met een gestandaardiseerde raster schaal. Deze innovatie stelde onderzoekers in staat om cellen binnen een vast volume te tellen en de monsterconcentratie te berekenen door middel van proportionele schaling.
Omdat deze methode eenvoudig, intuïtief en goedkoop was, bleef deze bijna een eeuw lang wijdverbreid in gebruik.
(Hemocytometer)
Naarmate het levenswetenschappelijk onderzoek verdiepte, werden de inherente beperkingen van handmatige telling steeds duidelijker:
Hoge afhankelijkheid van de ervaring van de operator: Beoordelingen met betrekking tot celgrenzen, celklonten, puin en abnormale cellen variëren aanzienlijk tussen verschillende personen.
Beperkt gezichtsveld: Bij het omgaan met ongelijkmatig verdeelde, geaggregeerde of heterogene monsters, is het vertrouwen op een paar microscopische velden vaak niet in staat om de algehele monsterstatus nauwkeurig weer te geven.
In het midden van de 20e eeuw veranderde de opkomst van het Coulter Principe fundamenteel hoe cellen werden geteld.
Deze technologie maakt gebruik van de verandering in elektrische weerstand die ontstaat wanneer cellen door een micro-opening passeren:
(Coulter Counter Werkingsprincipe)
Vergeleken met handmatige telling, biedt elektrische impedantie aanzienlijk snellere detectiesnelheden en hogere automatisering, waardoor continue analyse van grote monster volumes mogelijk is.
Bijgevolg kreeg het wijdverbreide toepassing in bloedanalyse, celkweek en monitoring van industriële bioprocessen.
Desalniettemin heeft impedantie-gebaseerde detectie bepaalde beperkingen: omdat het voornamelijk afhankelijk is van celvolume en elektrische eigenschappen, blijft het vermogen om gedetailleerde informatie over celmorfologie, structurele veranderingen en complexe fenotypische kenmerken vast te leggen beperkt.
In de afgelopen jaren heeft de snelle vooruitgang van kunstmatige intelligentie - met name deep learning - nieuwe mogelijkheden geopend voor cellulaire beeldanalyse.
Door te trainen op enorme datasets kunnen AI-modellen complexe cellulaire kenmerken leren en de herkenningsmogelijkheden in uitdagende monsters verbeteren, waardoor celanalyse van simpel "tellen" naar dieper "begrijpen" wordt getransformeerd.
Echter, zelfs met continu geoptimaliseerde algoritmen, blijft optische beeldvorming zelf een primaire factor die de analytische prestaties beperkt.
In scenario's met hoog-doorvoer celanalyse blijven conventionele optische systemen fundamentele uitdagingen ondervinden:
Hoe de voldoende resolutie te behouden bij het observeren van grotere monstergebieden?
Hoe de fysieke beperkingen te minimaliseren die worden opgelegd door complexe optische paden tijdens snelle analyse van grote celpopulaties?
Lensloze Beeldvormingstechnologie ontstond om precies aan deze vereisten te voldoen - waarbij traditionele lenzen worden weggelaten en cellen direct beelden kunnen projecteren.
(Lensloze Beeldvormingsprincipe)
Belangrijke voordelen van deze technologische aanpak zijn onder meer:
Het bereiken van een aanzienlijk groter effectief beeldveld;
Het elimineren van complexe optische componenten;
Het verbeteren van de algehele systeemstabiliteit;
Het bieden van een ideale pasvorm voor geautomatiseerde, hoog-doorvoer analyse toepassingen.
Gedreven door de groeiende vraag naar hogere efficiëntie in celanalyse en superieure gegevenskwaliteit, heeft JLM-Lifetech lensloze beeldvormingstechnologie geïntegreerd met kunstmatige intelligentie om de BC1600 Serie Celcounter en Morfologische Analyzer te lanceren.
Met behulp van Vertical Charge Transfer (VPS) technologie voert de BC1600 Serie directe monsterbeeldvorming uit via een gespecialiseerde halfgeleiderchip, gekoppeld aan intelligente algoritmen voor uitgebreide celidentificatie en -analyse.
Meer dan alleen "cellen tellen", levert de BC1600 Serie diepgaande inzichten in de algehele cellulaire gezondheid en kenmerken.
In praktische toepassingen kan het systeem worden gebruikt voor:
Celanalyse
Confluentieberekening voor aangehechte celculturen
Celmorfologie analyse
Meerparametrische statistische grafieken en rapportage op basis van celmorfologie
Celgroeidynamiek en tracking studies
...
De BC1600 Serie biedt meerparametrische cel filtering, waardoor gebruikers specifieke celpopulaties van belang selectief kunnen analyseren voor dieper onderzoek.
Voor biofarmaceutica, celkweek, wetenschappelijk onderzoek en kwaliteitscontrole biedt de BC1600 Serie stabielere, gestandaardiseerde gegevensacquisitie - waardoor menselijke variabiliteit wordt verminderd en de experimentele reproduceerbaarheid wordt verhoogd.
Tegelijkertijd automatiseren geïntegreerde AI-algoritmen workflows om de operationele complexiteit te minimaliseren, waardoor onderzoekers zich kunnen concentreren op experimenteel ontwerp en wetenschappelijke ontdekking.
Als een gebruiker bijvoorbeeld geïnteresseerd is in het analyseren van het tumorceloppervlak, kunnen ze de aangepaste door de gebruiker getrainde AI-functie gebruiken om een algoritme te trainen dat specifiek is ontworpen om de celoppervlakte te berekenen.
(Door de gebruiker zelf getrainde celoppervlakteberekening)
De BC1600 Serie is verkrijgbaar in twee modellen: de standaard hoog-doorvoer versie (BC1600 Auto) en de draagbare versie (BC1600 Lite), die voldoen aan diverse omgevingen, van hoog-doorvoer onderzoekslaboratoria tot point-of-care/veldtesten.
Resolutie: 600 Miljoen Pixels (600 MP)
Detectiekanalen: 2 – 4 Kanalen
Deeltjesgroottebereik: 1 μm – 65 μm
Concentratiebereik: 1 ×10^4 -1×10^8 cellen/mL
Kenmerken: Geautomatiseerde bemonstering, geautomatiseerde beeldvorming, geautomatiseerde kleuring, geautomatiseerd wassen
Resolutie: 100 Miljoen Pixels (100 MP)
Detectiekanalen: 1 Kanaal
Deeltjesgroottebereik: 1 μm – 65 μm
Concentratiebereik: 1 ×10^4 -1×10^8 cellen/mL
Kenmerken: Geautomatiseerde bemonstering, geautomatiseerde beeldvorming, geautomatiseerd wassen
