Микроскоп на базе смартфона научили выявлять смертельных африканских паразитов

Микроскоп, установленный в мобильный телефон, используется для выявления африканского глазного червя в клинике Камеруна

(фото Thomas B. Nutman, NIH).

Схема устройства CellScope для выявления L. loa

(иллюстрация Mike D'Ambrosio, Matt Bakalar, Fletcher Lab, UC Berkeley).

Для диагностики заболеваний у людей, проживающих в отдалённых регионах, врачи предпочитают не использовать высокотехнологичный подход, так как электронные устройства с батарейным питанием могут быть слишком хрупкими и ненадёжными для клиник развивающихся стран (к тому же подчас их нелегко доставить на место). Однако сегодня мобильные телефоны проникли почти в каждый уголок земного шара, так что они вполне могут послужить и на благо медицины.

В исследовании, проведённом биоинженером Дэниелом Флетчером (Daniel Fletcher) и его коллегами из Калифорнийского университета в Беркли занимаются разработкой камеры-микроскопа CellScope и телефонного приложения. Благодаря им смартфоны теперь могут мгновенно обнаружить глазного червя Loa loa в образце крови человека.

L. loa представляет собой одну из эндемичных проблем Центральной Африки. Это червь-нематода толщиной с волос, который в зрелом состоянии живёт в глазных тканях, лёгких и кровотоке. Существо приносит ещё больше проблем, если человек вместе с ним заражается ещё и двумя другими паразитическими нематодами, Onchocerca volvulus (приводит к так называемой речной слепоте) и нитчаткой Банкрофта (Wuchereria bancrofti) (вызывает сильный отёк конечностей). Препарат, который применяется для излечения от этих двух паразитов — ивермектин — вызывает серьёзные побочные эффекты вплоть до отёка головного мозга в том случае, если пациент также заражён L. loa.

Заражение сразу несколькими паразитами — распространённое явление, так что возможность быстро узнать, инфицирован ли пациент одновременно O. volvulus, W. bancrofti и L. loa, важна для принятия решения по лечению. Врачи разработали портативный способ проверки пробы крови, фактически преобразовав камеру телефона в микроскоп.

Схема устройства CellScope для выявления L. loa
(иллюстрация Mike D'Ambrosio, Matt Bakalar, Fletcher Lab, UC Berkeley).

Микроскопы в смартфонах — уже не новость, почти любой желающий может приобрести их в Интернете. Даже их использование в сложных условиях общественного здравоохранения уже было предложено раньше: в 2009 году Флетчер с другой группой коллег показал, что смартфон-микроскоп способен определить наличие бактерий, вызывающих туберкулёз. Также в настоящее время проходят испытания на способность этих "микроскопов" обнаруживать инфекции кровяных сосальщиков.

Для использования последнего изобретения Флетчера достаточно просто загрузить образец крови на капилляр в пластмассовом корпусе, изготовленном с помощью 3D-печати и содержащем линзы. Пластиковая упаковка определённым образом фиксирует смартфон таким образом, чтобы через его видеокамеру можно было смотреть на образец.

Приложение на телефоне обрабатывает видео увеличенного образца крови и использует алгоритм для поиска движений в жидкости, которые соответствуют характеристикам L. loa. Исходя из этого приложение точно рассчитывает количество присутствующих паразитов.

Единственное, его лучше использовать в течение короткого периода в середине дня, когда глазной червь особенно активен, а вот другие два вида нематод – нет.

"Мы уже продемонстрировали, что мобильные телефоны могут быть использованы для микроскопии, но это устройство впервые сочетает в себе технологии обработки изображений с аппаратной и программной автоматизацией, что помогает создать полную картину для диагностики, – говорит Флетчер. – Видеокамера CellScope обеспечивает точные и быстрые результаты, позволяющие медикам принять решение, которое может спасти жизнь больному".

По мнению Флетчера, это приложение может быть изменено, чтобы диагностировать и другие паразитарные инфекции. Исследователи уже разрабатывают программное обеспечение для диагностики передаваемых через почву гельминтов.

Большой полевой эксперимент, призванный доказать эффективность устройства, будет запущен уже в 2015 году в Камеруне. В нём примет участие около 40 тысяч местных жителей.

Подробности – в статье издания Science Translational Medicine.