Микрофлюидная платформа имитирует микроокружение крови для мониторинга распространения паразитов клещами

Бабезиоз — инфекционное заболевание, которое проявляется как малярия и распространяется подобно болезни Лайма. Раньше это заболевание было редким в Соединённых Штатах, но сейчас оно становится всё более распространённым, особенно на северо-востоке, в Средней Атлантике и на Верхнем Среднем Западе.

Чтобы помочь учёным узнать больше о бабезиозе

Исследователи из Университета Карнеги-Меллона разработали новую платформу для мониторинга инфекции в красных кровяных тельцах.

Причина заболевания

Болезнь вызывает паразит Babesia microti, который живёт в крови грызунов. Он передаётся, когда клещ кусает инфицированного грызуна, а затем кусает человека. Паразит попадает в кровоток, инфицируя и повреждая красные кровяные тельца.

Ранняя и точная диагностика

Ранняя и точная диагностика имеет решающее значение для доступных методов лечения. Бабезиоз может протекать бессимптомно или вызывать симптомы, похожие на грипп, которые могут быть тяжёлыми у пожилых людей и людей с ослабленным иммунитетом.

Механизмы передачи и заражения паразитом до конца не изучены. В журнале Advanced Science Тагбо Ниепа и его коллеги представляют микрофлюидную систему, которую можно использовать для изучения Babesia microti.

Традиционные методы

Традиционные методы изучения инфекционных заболеваний основаны на использовании животных моделей. Вырастить паразита вне системы хозяина сложно, поэтому вырастить его в лабораторных условиях также проблематично. В естественной среде микроорганизмы ведут себя иначе, чем в лаборатории, что существенно ограничивает возможности экспериментов in vitro.

Платформа для изучения жизненного цикла Babesia microti

Для более детального изучения жизненного цикла Babesia microti исследователи создали платформу, которая поддерживает микроокружение цельной крови для паразита. В исследовании участвовали Чао Ли, научный сотрудник лаборатории Ниепа μBiointerface, и Даниэль Тафтс, доцент кафедры инфекционных заболеваний, микробиологии и иммунологии Питтсбургского университета.

Их технология использует гидрофобные и гидрофильные свойства поверхности. Точно размещая масло и воду, они могут изготовить микроскопический канал, достаточно большой для однослойного размещения красных кровяных телец.

«Вы можете наблюдать за монослоем клеток и видеть динамику заражения Babesia с течением времени», — говорит Ниепа. Поскольку открытая микрофлюидная система обеспечивает лучший физический и оптический доступ к образцам, чем закрытые микрофлюидные платформы, учёные могут оценивать Babesia microti в отдельных клетках.

Возможности платформы

Платформа упрощает идентификацию паразита, измерение плотности паразита в крови и отслеживание повреждений инфицированных красных кровяных телец. Ниепа и его коллеги окрасили Babesia microti так, чтобы они были флуоресцентными на изображениях, полученных с помощью конфокальной микроскопии, что обеспечивает чёткое контрастирование с красными кровяными тельцами.

Ниепа работает над интеграцией платформы с автоматизированным управлением устройствами, визуализацией и анализом изображений с помощью искусственного интеллекта. Высококачественные конфокальные изображения дороги и требуют сбора данных в течение нескольких дней по сравнению с быстрым и недорогим тестом, используемым в больницах. Примерно за пять минут медицинский работник может использовать стандартный микроскоп, чтобы найти Babesia microti в мазке крови из одной капли.

Ниепа видит потенциал для искусственного интеллекта в оптимизации их более продвинутого процесса, повышении скорости обнаружения и предоставлении медицинскому сообществу дополнительной информации об уровне инфицирования.

«Есть ещё много характеристик, которые необходимо изучить», — говорит Ниепа. Например, хотя известно, что Babesia microti инфицирует грызунов и людей, олени, которые переносят и распространяют клещей, не инфицированы. «Это вызывает ряд интересных биологических вопросов, которые будет проще изучить на нашей платформе in vitro, чем на животных моделях».

Концентрация клеток в образце крови естественным образом снижается со временем, и в системе Ниепы и Ли образцы хранятся в течение 72 часов. Лаборатория Ниепы μBiointerface работает над усовершенствованием платформы, что позволит им оценивать жизнеспособность паразита в течение недели, превосходя существующие платформы.

Предоставлено:
Carnegie Mellon University Chemical Engineering

Источник