Le infezioni parassitarie colpiscono centinaia di milioni di persone, rappresentano una grave minaccia per la salute pubblica in tutto il mondo. Per esempio, la malattia del sonno e la malattia di Chagas sono malattie tropicali trascurate causate dal parassita Trypanosoma trasmesso dal sangue. Storicamente data poca attenzione, queste malattie devastanti colpiscono principalmente le persone dell'Africa subsahariana e del Sud America, causando un enorme onere socioeconomico.

La microscopia ottica di campioni di fluidi corporei da parte di esperti medici qualificati rimane uno degli approcci più comuni per diagnosticare infezioni parassitarie nei fluidi corporei. Però, concentrazioni di parassiti clinicamente rilevanti nei fluidi corporei possono essere estremamente basse. Poiché la microscopia ottica convenzionale ha in genere un volume di imaging molto piccolo, spesso fatica a fornire la sensibilità necessaria per una diagnosi precoce. Inoltre, il compito diventa ancora più impegnativo quando è necessario rilevare infezioni parassitarie nel sangue. Poiché ci sono miliardi di cellule del sangue in ogni millilitro di sangue, e causano occlusione, rendendo il compito di rilevare i parassiti nel sangue un problema di ago nel pagliaio.

I ricercatori della Henry Samueli School of Engineering dell'UCLA hanno sviluppato una piattaforma poco costosa e portatile in grado di rilevare automaticamente i parassiti mobili nei fluidi corporei. Utilizzando la loro piattaforma, più di 3 ml di un campione di fluido corporeo possono essere visualizzati e analizzati entro 20 min, fornendo un rendimento che è ordini di grandezza migliore rispetto al tradizionale esame basato sulla microscopia ottica.

La ricerca, pubblicato in Luce:scienza e applicazioni , era guidata da Aydogan Ozcan, Professore del Cancelliere di Ingegneria Elettrica e Informatica presso la UCLA e direttore associato del California NanoSystems Institute presso la UCLA, insieme a Kent Hill, Professore presso il Dipartimento di Microbiologia, Immunologia, e genetica molecolare all'UCLA.

Invece di catturare direttamente un'immagine fissa del campione di fluido e cercare parassiti, questa piattaforma unica adotta un approccio diverso e rileva il movimento all'interno del campione. Registra video ad alto frame rate dei modelli olografici del campione illuminato con luce laser. Quindi, un algoritmo di analisi del movimento analizza questi video catturati su microscala e converte la locomozione dei parassiti bersaglio all'interno del campione in un punto segnale, che viene rilevato e contato utilizzando l'intelligenza artificiale.

"Sebbene la motilità sia una caratteristica comune di vari parassiti e altri microrganismi che causano malattie, il suo utilizzo come impronta digitale per la diagnosi è molto poco esplorato e il nostro lavoro fornisce risultati epocali, evidenziando questa opportunità unica, " disse Ozcan.

"La nostra piattaforma può essere considerata come un rilevatore di movimento nel mondo microscopico, che si blocca su qualsiasi oggetto in movimento all'interno del campione." ha detto Yibo Zhang, uno studente di dottorato UCLA e il primo autore di questo studio. "La locomozione viene utilizzata sia come biomarcatore che come meccanismo di contrasto per distinguere i parassiti dalle cellule normali".

La prova del concetto di questo dispositivo è stata dimostrata utilizzando i parassiti Trypanosoma, che hanno più sottospecie che causano la malattia del sonno e la malattia di Chagas. Il limite di rilevabilità del dispositivo è stato quantificato in 10 parassiti per millilitro di sangue intero, che è circa cinque volte migliore dei metodi di rilevamento parassitologici all'avanguardia. Questo limite di rilevamento migliorato può portare a una migliore capacità di rilevare la malattia del sonno e la malattia di Chagas in una fase precoce, che è essenziale per migliorare il tasso di guarigione e ridurre la prevalenza. Oltre i tripanosomi, gli autori hanno anche dimostrato l'uso del loro dispositivo per rilevare Trichomonas vaginalis, evidenziando che la loro tecnica è applicabile a vari parassiti e microrganismi mobili.

Il dispositivo UCLA è compatto e leggero (1,69 kg) e il costo del prototipo è inferiore a $ 1850, che può essere ridotto a meno di $ 800 se prodotto in volumi maggiori. "Grazie alla sua elevata sensibilità, facilità d'uso, costi ridotti e portabilità, crediamo che la nostra tecnica possa migliorare gli sforzi di screening dei parassiti, soprattutto nelle aree povere di risorse e nelle regioni endemiche, " disse Hatice Ceylan Koydemir, uno studioso postdottorato dell'UCLA, chi è coautore di questo studio.