Новый прибор подсчитывает число белых клеток крови через кожу пациента

Научная группа молодых биоинженеров разработала уникальный прибор, фиксируемый на кончике пальца человека и позволяющий оценить количество белых клеток в его крови, что не требует проведения традиционного инвазивного метода анализа крови. На сегодня прибор, состоящий из оптического датчика и алгоритмов подсчета, уже имеет три прототипа. Он был специально разработан для пациентов, проходящих курс химиотерапии, для того, чтобы в режиме реального времени определять количество клеток иммунной системы в крови. Новый прибор, который, как предполагается, попадет на рынок в 2019 г., также можно использовать для выявления серьезных инфекционных заболеваний у человека.

По словам Карлоса Кастро, инженера, специализирующегося в области биомедицины, работающего в Научно-Исследовательской Лаборатории Электроники при Массачусетском Технологическом Институте (Research Laboratory of Electronics at MIT, США), новый прибор быстро измеряет количество белых клеток крови. «Чтобы проверить концентрацию глюкозы в крови, пациенты с диабетом используют глюкометр (https://ru.wikipedia.org/wiki/Глюкометр). В будущем пациенты, перенесшие химиотерапию, точно так же смогут использовать «лейкометр» для того, чтобы оценить состояние своей иммунной системы», – говорит ученый.

Новый прибор поможет пациентам с лимфомой и лейкемией

По словам Кастро, разработанный прибор поможет персонализировать химиотерапию в зависимости от иммунологической реакции каждого пациента. По мнению ученого, в случае пациентов с лимфомами и лейкемиями, при использовании прибора терапевтические дозы химиопрепаратов можно увеличить для каждого человека таким образом, чтобы не причинить ущерб его иммунной системе.

Идея создания прибора возникла два года назад во время визита научной группы в больницу Грегорио Мараньона в Мадриде (Hospital Gregorio Marañón, Испания). Исследователи заметили, что основным побочным эффектом химиотерапии является иммуносупрессия (низкая концентрация белых клеток крови), которая может вызвать развитие инфекционных заболеваний, привести к госпитализации пациента, замедлить сроки назначения ему терапии и уменьшить продолжительность его жизни.

«С этого момента мы осознали необходимость создания неинвазивного прибора, позволяющего обнаружить лейкопению на раннем этапе и избежать ее последствий для организма человека», – говорит Кастро.

Прибор состоит из портативной оптической системы, обеспечивающей скрытое освещение с помощью светодиодов. Прибор способен улавливать изображение поверхностных капилляров под кожей с разрешающей способностью размером с клетку. Полученные видеоизображения затем анализируются с помощью автоматических алгоритмов, способных выявлять белые клетки крови и рассчитывать их концентрацию. Эти алгоритмы, защищенные заявками на патент, были представлены на ежегодной международной конференции IEEE Engineering in Medicine and Biology Society, проходившей в Милане в августе этого года.

Как пользоваться новым прибором?

По словам Кастро, прибор фиксируется на кончике пальца пациента, таким же образом, как и пульсоксиметр, используемый в больницах для измерения концентрации кислорода в крови. С помощью небольших линз прибор получает изображение капилляров, расположенных очень близко к поверхности ногтевого ложа. Разработанные исследователями алгоритмы обработки изображений распознают белые клетки крови и подсчитают их количество, что позволяет выяснить концентрацию этих клеток в крови. По его мнению, в будущем этот простой в использовании портативный прибор позволит пациентам проводить данные измерения у себя дома. Для проведения этого анализа им будет больше не нужно специально ехать в больницу или поликлинику. «Это огромное преимущество для сельской местности, где число медицинских центров ограничено, а также для развивающихся стран. Кроме того, теперь можно будет постоянно измерять концентрацию лейкоцитов в крови, что позволит назначать пациентам новые методы лечения», – говорит Кастро.

По словам инженера, новый прибор, кроме использования у пациентов после курса химиотерапии, можно применять и в других областях медицины, например, в ранней диагностике бактериальной или вирусной инфекции, которая в мире угрожает состоянию здоровья и жизни около 4 млрд. человек.

Три прототипа нового прибора

В настоящее время созданы три разных прототипа нового прибора. Один из них представляет собой портативный микроскоп, который фиксируется на пальце пациента, чтобы снимать видео о микроциркуляции в его капиллярах, расположенных близко к поверхности кожи. Этот прибор уже был протестирован на 31 пациенте в Больнице Фуэнлабрада в Мадриде (Hospital Fuenlabrada, Испания) и еще на шести пациентах в Главном Госпитале Массачусетса. «Сейчас мы работаем над тем, чтобы повысить точность и надежность прибора», – говорит Кастро.

Второй прототип прибора содержит модифицированный микроскоп, позволяющий повысить стабильность и качество изображений. Третий прототип представляет собой небольшой оптический фрагмент, который можно присоединить к камере мобильного телефона. Это позволяет получать изображения циркулирующей крови в капиллярах, которые затем можно передать на сервер, где данные будут анализироваться .

По мнению Кастро, уже в начале 2017 г. заинтересованные люди смогут оценить первоначальную бета-версию прибора, используя краудфандинговые платформы, например, через Indiegogo. «К 2019 г. при наличии достаточного финансирования мы могли бы разработать окончательный продукт, соответствующий европейским законам. Это будет включать усовершенствование прототипа и проверку клинических данных на крупной выборке пациентов, чтобы продемонстрировать возможности этого прибора», – говорит Кастро.

Исследователи создали портативный прибор для подсчета количества белых клеток крови. Новый прибор можно использовать точно так же, как и пульсоксиметр, изображенный на рисунке, применяемый для измерения концентрации кислорода в крови. (фото: Quinn Dombrowski)

По материалам Plataforma SINC