Avishay Bransky, Ph.D., CEO e co-fondatore di PixCell – Serie di interviste

Avishay Bransky, Ph.D., CEO e co-fondatore di PixCell, è un esperto in microfluidica, con una vasta esperienza industriale in fisica applicata, software e ingegneria dei sistemi. È uno degli inventori della tecnica di focalizzazione viscoelastica, metodi di analisi cellulare e cartucce a base di microfluidica. Il dottor Bransky ha un B.A. in Fisica, un B.Sc. in Ingegneria dei Materiali e un Ph.D. in Ingegneria Biomedica, tutti conseguiti presso il Technion Israel Institute of Technology.

PixCell Medical ha una storia di origine interessante, può spiegare come l’azienda sia stata avviata dopo aver scoperto accidentalmente un fenomeno fisico unico: la focalizzazione viscoelastica (VEF)?

Mentre completavo il mio dottorato al Technion – Israel Institute of Technology, un collega e io stavamo conducendo ricerche su dispositivi microfluidici in cui facevamo fluire cellule del sangue sospese in varie soluzioni. Abbiamo ispezionato le cellule attraverso un microscopio mentre fluivano e, come ci aspettavamo, le cellule erano uniformemente distribuite nel microcanale (parte del dispositivo microfluidico). Durante la nostra ricerca, abbiamo sperimentato con una soluzione unica che viene normalmente utilizzata nell’industria mineraria. Quando abbiamo guardato attraverso il microscopio, non abbiamo potuto vedere alcuna cellula. Abbiamo ripetuto questo processo più volte e non abbiamo ancora potuto vedere alcuna cellula! Ulteriori indagini hanno rivelato che tutte le cellule erano focalizzate in un solo piano e il nostro microscopio non era focalizzato su quel piano di cellule. L’effetto di focalizzazione che abbiamo scoperto era estremamente forte, diverso da qualsiasi altro che avessimo mai visto, in cui tutte le cellule erano perfettamente allineate in un solo piano, a distanze di pochi nanometri. Questa è stata la nostra scoperta della focalizzazione viscoelastica (VEF).

Ci siamo rivolti a un professore del Technion che ha elaborato una teoria che sosteneva questa scoperta. Sulla base di questa ricerca, abbiamo pubblicato un articolo sulla VEF in una delle più prestigiose riviste di fisica – Physical Review Letters.

Ho capito rapidamente che la VEF poteva essere molto utile in applicazioni in cui le cellule vengono contate o analizzate. Questi metodi richiedono tutti la focalizzazione delle cellule perché più la cellula è vicina alla posizione in cui ci si aspetta che si trovi, più l’analisi è precisa. La focalizzazione netta raggiunta con la VEF consente misurazioni estremamente precise, nonché un’analisi basata su immagini delle caratteristiche delle cellule. Un ulteriore vantaggio è che la VEF richiede molti meno reagenti rispetto ai contatori di cellule standard, rendendolo economico e facile da usare. Questo è stato il punto di partenza quando abbiamo iniziato a sviluppare l’analizzatore di ematologia HemoScreen, progettato intorno alla VEF e ad altre tecnologie brevettate.

HemoScreen rende semplice il test del sangue, può spiegare le competenze necessarie per eseguire i test del sangue e qual è il processo?

HemoScreen è piccolo, robusto e semplice da usare e non richiede alcuna competenza tecnica per la configurazione o l’operazione. Inoltre, non richiede manutenzione o calibrazione. Pertanto, chiunque può imparare rapidamente a utilizzarlo leggendo solo la guida rapida, dalle infermiere e dagli operatori sanitari, al paziente stesso.

Il dispositivo prevede un processo semplice in tre passaggi:

• Una goccia di sangue viene prelevata da un dito e inserita nella cartuccia monouso che contiene tutti i reagenti.
• La cartuccia viene inserita nell’analizzatore; e
• Entro 6 minuti, vengono forniti risultati di laboratorio di alta qualità per un test differenziale CBC a 5 parti.

Questo processo elimina gli errori procedurali dell’operatore o dell’utente che potrebbero compromettere la qualità del risultato del test a causa dei passaggi pre-analitici della preparazione del campione. Fornire letture accurate di 20 parametri standard della conta del sangue in una soluzione di assistenza sanitaria semplice e sicura risparmia ai pazienti, ai clinici e ai sistemi sanitari molto tempo e costi.

Negli Stati Uniti, HemoScreen è stato autorizzato per l’uso in assistenza sanitaria di base (POC) con una valutazione moderatamente complessa CLIA.

Quali sono alcune delle malattie che HemoScreen può rilevare?

HemoScreen esegue il test del sangue più comune, la conta completa del sangue (CBC), che fornisce ai professionisti sanitari un’immagine generale della salute di una persona. Inoltre, fornisce un flagging completo di cellule anormali che può servire come biomarcatori per diverse patologie. L’identificazione di cellule anormali è così importante, ma non è disponibile nella maggior parte dei laboratori centralizzati.

Quando si tratta di identificare malattie come linfoma, certi tipi di leucemia e grave infiammazione, le cellule del sangue immature vengono rilasciate dal midollo osseo prima di raggiungere il loro stato maturo. La capacità di segnalare tali cellule immature nel sangue di un paziente è una scoperta molto importante e può essere scoperta solo con gli strumenti di alta qualità. Spesso, questi strumenti non possono rilevare tutte le cellule immature, il che richiede di eseguire un esame del sangue e osservare il campione al microscopio. Ci sono sempre meno patologi con l’esperienza necessaria per farlo.

Questo è dove entra in gioco HemoScreen. La nostra analisi di immagini basata sull’intelligenza artificiale può, sulla base di migliaia di campioni di diverse patologie, identificare le cellule e fornire una scoperta accurata, rappresentando una grande trasformazione nell’analisi rapida del sangue. Utilizzando questa tecnologia, i pazienti possono essere informati immediatamente se devono recarsi in ospedale ed eseguire ulteriori test specifici per identificare una patologia molto prima dei metodi di test attuali.

Altre malattie che possono essere identificate tramite il CBC di HemoScreen includono linfomi cronici (CLL), infezioni, grave anemia e sanguinamento interno. L’aggiunta di cellule anormali è un forte indicatore che il paziente ha un problema grave che richiede ulteriori analisi e valutazioni. Invece di diagnosticare malattie specifiche, il test di HemoScreen fornisce un’immagine generale della salute del paziente e aiuta nella diagnosi precoce di patologie gravi. Inoltre, aiuta il medico a determinare se prescrivere antibiotici o meno, il che sta diventando sempre più importante a causa dell’aumento della resistenza microbica agli antibiotici.

HemoScreen può anche rilevare cellule del sangue anormali che possono indicare cellule potenzialmente cancerose. Può spiegare come questo prodotto possa essere utilizzato per rilevare il cancro in fase precoce?

Le cellule del sangue si sviluppano nel midollo osseo e si evolvono gradualmente fino a quando vengono rilasciate nel flusso sanguigno come uno dei 7 tipi principali di cellule. Queste cellule mature vengono contate come parte del test standard di conta completa del sangue (CBC) poiché la loro concentrazione nel sangue serve per diagnosticare varie condizioni come infezioni e anemia. Tuttavia, occasionalmente, le cellule immature che non si sono ancora sviluppate nel loro stato maturo vengono rilasciate prematuramente dal midollo osseo nel flusso sanguigno periferico. Queste cellule vengono definite cellule anormali e possono essere indicative di una grave disfunzione sanitaria.

Il metodo di analisi di HemoScreen si basa sull’imaging digitale di cellule in flusso che può essere percepito come un “esame del sangue in flusso”. Estrae centinaia di caratteristiche da ogni cellula, a differenza dei 3-4 segnali ottenuti dagli analizzatori standard nei laboratori centralizzati. Ciò consente alla tecnologia di differenziare con precisione tra tutti i tipi di cellule, comprese quelle anormali.

La versione autorizzata dalla FDA di HemoScreen specifica i 5 tipi di cellule bianche normali e segnala con precisione le cellule anormali. Tuttavia, PixCell ha recentemente sviluppato una versione più recente che misura e fornisce i conteggi delle cellule anormali – questo rappresenta una svolta nella diagnostica ematologica poiché i medici saranno in grado di rilevare diversi tipi di cancro in una fase più precoce nell’assistenza sanitaria di base e non perderanno questi casi critici che richiedono un intervento immediato.

HemoScreen può contare i granulociti immaturi, i globuli rossi nucleati e le cellule blast, che sono estremamente importanti da rilevare, anche a bassi numeri, poiché possono indicare mielomi, leucemie, linfomi e gravi disordini del sangue che richiedono un intervento immediato.

Una delle cose su cui PixCell Medical sta lavorando è la diagnosi precoce della sepsi. Può spiegare le sfide attuali dietro la diagnosi precoce della sepsi e come PixCell Medical sta affrontando questa sfida?

La sepsi è un problema di salute globale. Per combattere la sepsi, abbiamo bisogno di strumenti diagnostici migliori, test più rapidi e saggi più specifici. Se il test non è specifico, non può differenziare tra sepsi e altre condizioni che appaiono simili.

PixCell Medical sta affrontando questa sfida fornendo test di accesso facilitato per biomarcatori specifici legati alle infezioni batteriche. Alcuni di questi sono già disponibili con il differenziale CBC a 5 parti, come il conteggio assoluto dei neutrofili (ANC) e il conteggio delle cellule bianche (WBC), mentre altri sono ancora in fase di sviluppo.

PixCell sta anche aggiungendo un biomarcatore recentemente scoperto: la larghezza di distribuzione dei monociti (MDW) al test CBC. L’MDW si è dimostrato efficace per la rilevazione della sepsi durante il primo incontro con il dipartimento di emergenza. In combinazione con il WBC, l’MDW è inoltre previsto per migliorare la presa di decisioni mediche durante la gestione della sepsi precoce nel dipartimento di emergenza. I granulociti immaturi menzionati in precedenza sono anche stati dimostrati essere un buon marcatore precoce per la sepsi. Inoltre, PixCell sta sviluppando ulteriori saggi per i marcatori di infiammazione come la proteina C-reattiva (CRP) e la procalcitonina (PCT) che vengono ampiamente utilizzati nella gestione del trattamento della sepsi.

La combinazione di questi marcatori offre una indicazione molto più specifica della fonte dell’infezione e del corso della malattia. Inoltre, rendere questi saggi avanzati accessibili e fornire risultati in tempo reale porterebbe a risultati clinici significativamente migliorati per i pazienti con sepsi.

Come viene utilizzata l’intelligenza artificiale in HemoScreen per la diagnosi di malattie e cancro?

HemoScreen combina la tecnologia di focalizzazione viscoelastica (VEF) con una tecnologia di intelligenza artificiale (AI) brevettata e machine vision per analizzare rapidamente un campione di sangue. La VEF causa la focalizzazione delle cellule in un solo piano mentre fluiscono, facilitandone l’analisi ottica. La nostra tecnologia di machine vision cattura migliaia di immagini di decine di migliaia di cellule, in tempo reale, perfettamente focalizzate mentre fluiscono. I nostri algoritmi di intelligenza artificiale analizzano quindi queste immagini in tempo reale. Utilizzando l’elaborazione delle immagini, gli algoritmi e la machine vision, la tecnologia identifica le cellule e le classifica in diversi tipi.

Utilizzando algoritmi di apprendimento automatico addestrati da esperti umani sulla base di molti diversi campioni di sangue e patologie, può identificare e classificare sottotipi di cellule che differiscono a volte in sfumature da diverse patologie e pazienti. Ciò avviene sulla base delle morfologie delle cellule, delle forme, della forma del nucleo, del colore e di altre proprietà cellulari. Nel complesso, la nostra tecnologia di intelligenza artificiale utilizza centinaia di caratteristiche diverse di ogni cellula per determinare di che tipo di cellula si tratta, rapidamente.

Quanto è importante il testing diagnostico decentralizzato quando si tratta di diagnosticare con successo il cancro e altre malattie infettive in fase precoce?

Il testing diagnostico decentralizzato è vitale quando si tratta di diagnosticare con successo il cancro e altre malattie infettive in fase precoce. Le tecnologie attualmente utilizzate nei laboratori centralizzati per questo scopo utilizzano la dispersione laser o l’impedenza elettrica, che consentono l’analisi di poche proprietà delle cellule, di solito solo tre o quattro, rispetto alle centinaia che la nostra tecnologia può analizzare in un ambiente di assistenza sanitaria di base.

Inoltre, il processo di diagnosi di cancro e altre malattie infettive è solitamente eseguito attraverso un lungo e tedioso processo di testing. I campioni di sangue vengono prelevati dal paziente dopo il riferimento del medico, inviati a un laboratorio centralizzato per essere testati e i pazienti possono aspettare giorni, anche settimane, per ricevere i risultati. Il testing decentralizzato offre ai medici l’opportunità di testare i loro pazienti lì e subito, nel loro studio, senza alcun aiuto tecnico necessario. E la parte più importante? I risultati vengono ricevuti entro 6 minuti e il medico può riferire direttamente il paziente al prossimo passo necessario nella diagnosi.

C’è qualcos’altro che vorrebbe condividere su PixCell Medical?

PixCell Medical è orgogliosa di aver creato una soluzione per un semplice test CBC che è stato cercato per diversi decenni. Questa è la prima volta che uno strumento miniaturizzato, facile da usare, può fornire risultati così precisi che sono prontamente disponibili e accessibili a coloro che ne hanno più bisogno.

Grazie per l’intervista e per averci fatto conoscere il lavoro incredibile che sta avvenendo in PixCell Medical.