Schema di (a) il citometro a flusso assistito da fluido guaina e (b) il citometro per imaging microfluidico. Credito:Anticipi optoelettronici (2022). DOI:10.29026/oea.2022.210130
Una nuova pubblicazione da Opto-Electronic Advances affronta i progressi scientifici e tecnici nel campo della citometria di imaging con microchip (MIC) e mostra le applicazioni della citometria di imaging con microchip che possono portare al pubblico un'assistenza sanitaria più economica, facile da usare e accessibile.
La globalizzazione economica e l'invecchiamento della popolazione di molti paesi del mondo generano un'enorme necessità di test di laboratorio sul punto di necessità rapidi ed economici. Negli ultimi due anni, il mondo intero ha affrontato le sfide della pandemia di COVID-19. La popolazione generale in molti paesi esegue regolarmente test dell'acido nucleico e/o test rapido dell'antigene a scopo di screening. Gli operatori sanitari hanno bisogno di strumenti di test diagnostici più economici e di facile utilizzo per supportare la loro pratica sanitaria. Le agenzie di sanità pubblica hanno anche bisogno di potenti strumenti diagnostici per aiutarle a prendere decisioni politiche critiche.
In un tipico appuntamento clinico, i test di laboratorio passano attraverso procedure come la richiesta di laboratorio, la raccolta dei campioni, l'elaborazione dei campioni e la refertazione. Il tempo medio di consegna può variare da alcune ore a diversi giorni. Per molte diagnosi e monitoraggio di malattie che richiedono informazioni immediate e un rapido processo decisionale, la tecnologia e il flusso di lavoro tradizionali non sono stati in grado di soddisfare efficacemente le esigenze cliniche.
Nel frattempo, c'è l'opzione "striscia reattiva rapida" come la striscia reattiva per l'antigene COVID e la striscia reattiva di gravidanza hCG che fornisce risultati immediati del test. Queste strisce reattive rapide diventano un importante strumento diagnostico per lo screening e il monitoraggio, sebbene l'applicazione delle strisce reattive sia solitamente limitata ai test qualitativi. Inoltre, a causa della loro sensibilità analitica relativamente inferiore, queste strisce reattive rapide non sono state in grado di rilevare biomarcatori che hanno una bassa quantità nel campione. Pertanto, vi è una crescente necessità di sviluppare uno strumento diagnostico e reagenti quantitativi, facili da usare e accessibili.
Date le esigenze sanitarie emergenti, scienziati e ingegneri escogitano continuamente soluzioni diagnostiche creative utilizzando una varietà di approcci tecnologici. Tra queste tecnologie, la microfluidica diventa un approccio di grande valore per soddisfare potenzialmente molti dei requisiti. La citometria di imaging con microchip basata su tecnologie microfluidiche è una piattaforma analitica così innovativa che può cambiare il panorama del campo dei test di laboratorio clinico.
Microchip Imaging Cytometry (MIC) è una tecnologia di piattaforma in grado di rilevare e analizzare rapidamente sostanze biochimiche umane come cellule, proteine e acidi nucleici. I dispositivi MIC hanno le caratteristiche di portabilità, rapporto costo-efficacia e adattabilità, fornendo al contempo misurazioni quantitative per soddisfare le esigenze dei test di laboratorio in una varietà di contesti sanitari. Basato sull'uso di chip microfluidici, MIC richiede meno campioni e può completare la preparazione del campione automaticamente. Pertanto, possono fornire risultati di test quantitativi semplicemente utilizzando un campione di puntura del dito. Il consumo ridotto di reagenti e il fattore di forma ridotto aiutano anche a migliorare l'accessibilità e l'accessibilità dei servizi sanitari in contesti remoti e con risorse limitate.
L'articolo esamina importanti applicazioni cliniche delle tecnologie MIC, come il monitoraggio dei pazienti HIV, lo screening dell'anemia falciforme, la diagnosi di malattie infettive, ecc. A seconda del livello di automazione e dei formati di acquisizione delle immagini, i dispositivi MIC sono stati classificati in tre approcci:Static-chip- static-fluid (SCSF), Static-chip-moving-fluid (SCMF) e Moving-chip-static-fluid (MCSF). Nei sistemi MIC sono state adottate tecniche di imaging in campo chiaro, imaging a fluorescenza e imaging senza lenti. È stato dimostrato che le tecniche di acquisizione delle immagini come l'integrazione del ritardo temporale e l'eccitazione codificata nel tempo ottengono una maggiore sensibilità nel rilevamento di oggetti in rapido movimento in condizioni di scarsa illuminazione.
Rispetto ai citometri a flusso tradizionali, il MIC analizza oggetti come cellule e particelle attraverso un canale di chip microfluidico relativamente ampio e poco profondo. Come risultato del rivoluzionario sviluppo di sensori a semiconduttore e della tecnologia dell'informazione negli ultimi anni, la sorgente luminosa e i componenti di rilevamento delle immagini del MIC possono anche ottenere prestazioni optoelettroniche più elevate.
Grazie all'innovazione e allo sviluppo della biotecnologia, della produzione micro-nano, dei materiali semiconduttori, della tecnologia dell'informazione e di altri campi, MIC troverà in futuro applicazioni di test clinici più importanti e promuoverà lo sviluppo di soluzioni più economiche, facili da usare, e test del punto di bisogno accessibili.
I recenti progressi nella fotonica, nell'ottica integrata e nelle tecnologie di imaging promettono di aumentare la sensibilità e la funzionalità dei sistemi MIC riducendone le dimensioni e i costi. I colori possono essere differenziati direttamente sui sensori di immagine CMOS al silicio utilizzando diverse tecniche. Sono stati compiuti progressi verso rivelatori a sensibilità più elevata anche integrando diodi a valanga a fotone singolo in CMOS standard con sistemi microfluidici.
Lo sviluppo dei dispositivi MIC dovrebbe concentrarsi sui seguenti aspetti:1) il dispositivo dovrebbe essere portatile per adattarsi allo scopo diagnostico in diversi scenari sanitari, 2) il dispositivo dovrebbe essere facile da usare e fornire rapidamente risultati da campione a risposta (ad es. 15 minuti), 3) l'assieme microfluidico deve contenere reagenti precaricati ed essere monouso. Inoltre, le prestazioni analitiche dei dispositivi MIC, come sensibilità, accuratezza, precisione, robustezza, devono soddisfare determinati requisiti di test. Nel processo di progettazione e sviluppo di strumenti e reagenti, tutti questi aspetti devono essere considerati. Pertanto, la progettazione e lo sviluppo ingegneristico devono trovare il sofisticato equilibrio tra complessità, prestazioni e costi, per soddisfare le esigenze dell'assistenza sanitaria e favorire un maggior numero di pazienti. + Esplora ulteriormente
