Avishay Bransky, Ph.D., CEO en mede-oprichter van PixCell – Interviewreeks

Avishay Bransky, Ph.D., CEO en mede-oprichter van PixCell, is een expert in microfluidics, met uitgebreide industriële ervaring in toegepaste natuurkunde, software- en systeemtechniek. Hij is een van de uitvinders van de Viscoelastic Focusing-techniek, celanalysemethode en de microfluidische cartridge. Dr. Bransky heeft een B.A. in Natuurkunde, B.Sc. in Materiaaltechniek en een Ph.D. in Biomedische Techniek, allemaal van de Technion Israel Institute of Technology.

PixCell Medical heeft een interessante oorsprong, kunt u uitleggen hoe het bedrijf is gestart na het toevallig ontdekken van een uniek fysiek fenomeen: Viscoelastic Focusing (VEF)?

Tijdens mijn promotieonderzoek aan de Technion – Israel Institute of Technology, onderzochten een collega en ik microfluidische apparaten waarin we bloedcellen lieten stromen die waren gesuspendeerd in verschillende oplossingen. We keken naar de cellen door een microscoop terwijl ze stroomden, en zoals verwacht, waren de cellen gelijkmatig verdeeld over het microkanaal (onderdeel van het microfluidische apparaat). Tijdens ons onderzoek experimenteerden we met een unieke oplossing die normaal gesproken in de mijnbouw wordt gebruikt. Toen we door de microscoop keken, konden we geen cellen zien. We herhaalden dit meerdere keren, en nog steeds konden we geen cellen zien! Na verdere onderzoek ontdekten we dat alle cellen waren gefocust in een enkel vlak, en onze microscoop was niet gefocust op dat vlak van cellen. Het focuseffect dat we ontdekten was extreem sterk, zoals we nog nooit eerder hadden gezien, waarbij alle cellen perfect waren uitgelijnd in een enkel vlak binnen enkele tientallen nanometers van elkaar. Dit was onze doorbraak in het ontdekken van viscoelastic focusing (VEF).

We benaderden een professor aan de Technion die een theorie ontwikkelde die deze ontdekking ondersteunde. Op basis van dit onderzoek publiceerden we een artikel over VEF in een van de meest prestigieuze natuurkundige tijdschriften – Physical Review Letters.

Ik realiseerde me snel dat VEF zeer nuttig kon zijn in toepassingen waarbij cellen worden geteld of geanalyseerd. Deze methoden vereisen allemaal het focussen van cellen, omdat de cel dichter bij de positie waarop je het verwacht, des te nauwkeuriger de analyse. Het scherpe focussen dat wordt behaald met VEF maakt zeer nauwkeurige metingen mogelijk, evenals beeldgebaseerde analyse van de eigenschappen van cellen. Een extra voordeel is dat VEF veel minder reagentia vereist dan standaard celcounters, waardoor het kostenefficiënt en gemakkelijk te gebruiken is. Dit was het startpunt toen we begonnen met de ontwikkeling van de HemoScreen-hematologieanalyser, die werd ontworpen rond VEF en andere gepatenteerde technologieën.

De HemoScreen maakt bloedtesten eenvoudig, kunt u uitleggen welke vaardigheden nodig zijn om de bloedtesten uit te voeren en wat het proces is?

De HemoScreen is klein, robuust en gemakkelijk te gebruiken, en het vereist geen technische vaardigheden om in te stellen of te bedienen. Bovendien vereist het geen onderhoud of kalibratie. Hierdoor kan iedereen het snel leren gebruiken door alleen de snelle handleiding te lezen, van verpleegkundigen en verzorgers tot de patiënt zelf.

Het apparaat omvat een eenvoudig driestapsproces:

• Een druppel bloed wordt genomen van een vinger en ingebracht in de wegwerpcartridge die alle reagentia bevat.
• De cartridge wordt ingebracht in de analyzer; en
• Binnen 6 minuten worden lab-kwaliteitresultaten voor een volledige 5-delige differentiële CBC-test geleverd.

Dit proces elimineert operator- of gebruikersgerelateerde procedurele fouten die de testresultaatkwaliteit kunnen compromitteren vanwege de pre-analytische stappen van de monsterbereiding. Het leveren van nauwkeurige lezingen van 20 standaardbloedtelparameters in een veilige, eenvoudige en gemakkelijke point-of-care-oplossing bespaart patiënten, clinici en gezondheidssystemen aanzienlijke tijd en kosten.

In de VS is de HemoScreen goedgekeurd voor point-of-care (POC)-gebruik met een CLIA-matig-complexerating.

Welke ziektes kan de HemoScreen detecteren?

De HemoScreen voert de meest voorkomende bloedtest uit, de complete bloedtelling (CBC), die gezondheidszorgprofessionals een algemeen beeld geeft van iemands gezondheid. Bovendien biedt het uitgebreide abnormale celmarkering die kan dienen als biomarkers voor verschillende pathologieën. Abnormale celidentificatie is zo belangrijk, maar is niet beschikbaar op de point-of-care of vaak zelfs in grote, centrale laboratoria.

Wanneer het gaat om het identificeren van ziektes zoals lymfoma, bepaalde soorten leukemie en ernstige ontsteking, worden premature bloedcellen vrijgegeven uit het beenmerg voordat ze hun volwassen staat bereiken. De mogelijkheid om dergelijke onrijpe cellen in het bloed van een patiënt te markeren is een zeer belangrijke vondst en kan alleen worden ontdekt met de hoogste kwaliteit instrumenten. Vaak kunnen deze instrumenten niet alle onrijpe cellen detecteren, waardoor het nodig is om een bloeduitstrijkje te maken en het monster onder een microscoop te bekijken. Er zijn steeds minder pathologen met de expertise om dit te doen.

Dit is waar de HemoScreen om de hoek komt kijken. Onze AI-gestuurde beeldanalyse kan, op basis van duizenden monsters van verschillende pathologieën, cellen identificeren en een nauwkeurige vondst geven, wat een enorme transformatie is in snelle bloedanalyse. Met behulp van deze technologie kunnen patiënten onmiddellijk worden verteld of ze naar het ziekenhuis moeten gaan en specifiekere tests moeten ondergaan om eerder dan met de huidige testmethoden een pathologie te detecteren.

Andere stoornissen die kunnen worden geïdentificeerd door de CBC van de HemoScreen zijn chronische lymfomen (CLL), infectie, ernstige anemie en inwendige bloeding. De toevoeging van abnormale cellen is een sterke indicator dat de patiënt een ernstig probleem heeft dat verder moet worden geanalyseerd en beoordeeld. In plaats van specifieke ziektes te diagnosticeren, geeft de test van de HemoScreen een algemeen overzicht van de gezondheid van de patiënt en helpt bij de vroege detectie van ernstige pathologieën. Bovendien helpt het de arts bij het bepalen of antibiotica moeten worden voorgeschreven of niet, wat steeds belangrijker wordt met het groeiende probleem van antibiotica-resistentie.

De HemoScreen kan ook abnormale bloedcellen detecteren die mogelijk kankercellen aanduiden. Kunt u uitleggen hoe dit product kan worden gebruikt om kanker vroeg te detecteren?

Bloedcellen ontwikkelen zich in het beenmerg en evolueren langzaam totdat ze in het bloed worden vrijgegeven als een van de 7 belangrijkste celtypen. Deze volwassen cellen worden geteld als onderdeel van de standaard complete bloedtelling (CBC)-test, omdat hun concentratie in het bloed dient voor het diagnosticeren van verschillende aandoeningen, zoals infecties en anemie. Echter, soms worden onrijpe cellen, die nog niet zijn ontwikkeld tot hun volwassen staat, te vroeg vrijgegeven uit het beenmerg in het perifere bloed. Deze cellen worden abnormale cellen genoemd en kunnen een ernstige gezondheidsstoornis aanduiden.

De analysemethode van de HemoScreen is gebaseerd op digitale beeldvorming van stromende cellen, die kan worden beschouwd als een “stromende bloeduitstrijk”. Het extracteert honderden kenmerken van elke cel, in tegenstelling tot de 3-4 signalen die worden verkregen door standaardanalysatoren in centrale laboratoria. Dit stelt de technologie in staat om nauwkeurig onderscheid te maken tussen alle soorten cellen, inclusief abnormale cellen.

De FDA-goedgekeurde versie van de HemoScreen specificeert de 5 soorten normale witte cellen en markeert nauwkeurig abnormale cellen. Echter, PixCell heeft onlangs een nieuwe versie ontwikkeld die de tellingen van abnormale cellen meet en uitvoert – dit is een doorbraak in hematologische diagnostiek, omdat artsen in staat zullen zijn om verschillende soorten kanker in een eerder stadium te detecteren bij de primaire zorg en niet zullen missen van deze kritieke gevallen die onmiddellijke interventie vereisen.

De HemoScreen kan onrijpe granulocyten, nucleaire rode bloedcellen en blastcellen tellen, die extreem belangrijk zijn om te detecteren, zelfs in zeer lage aantallen, omdat ze myelomen, leukemieën, lymfomen en chronische bloedstoornissen kunnen aanduiden die onmiddellijke interventie vereisen.

Een van de dingen waar PixCell Medical aan werkt, is de vroege diagnose van sepsis. Kunt u uitleggen wat de huidige uitdagingen zijn bij de vroege diagnose van sepsis en hoe PixCell Medical deze uitdaging aanpakt?

Sepsis is een wereldwijd gezondheidsprobleem. Om sepsis te bestrijden, hebben we betere diagnostische instrumenten nodig, snellere testen en specifiekere assays. Als de testen niet specifiek zijn, kunnen ze niet onderscheid maken tussen sepsis en andere aandoeningen die erop lijken.

PixCell Medical tackelt deze uitdaging door hoog toegankelijke testen te bieden voor specifieke biomarkers die zijn gerelateerd aan bacteriële infecties. Sommige zijn al beschikbaar met de 5-delige differentiële CBC, zoals het absolute neutrofielgehalte (ANC) en het witte bloedcelgehalte (WBC), terwijl anderen nog in ontwikkeling zijn.

PixCell voegt ook een onlangs ontdekte biomarker toe: monocytenverdelingsbreedte (MDW) aan de CBC-test. De MDW is effectief gebleken voor sepsisdetectie tijdens de eerste ontmoeting in de spoedeisende hulp. In combinatie met WBC wordt de MDW nog verder voorspeld om medische besluitvorming te verbeteren tijdens de vroege sepsisbehandeling in de spoedeisende hulp. Onrijpe granulocyten, die hierboven zijn genoemd, zijn ook een goede vroege marker voor sepsis. Bovendien ontwikkelt PixCell verdere assays voor ontstekingsmarkers zoals C-reactief eiwit (CRP) en procalcitonine (PCT) die uitgebreid worden gebruikt bij de behandeling van sepsis.

De combinatie van deze markers biedt een veel specifiekere indicatie van de oorsprong van de infectie en het verloop van de ziekte. Bovendien zouden het beschikbaar stellen van deze geavanceerde assays in real-time leiden tot een aanzienlijk verbeterde klinische uitkomst voor septische patiënten.

Hoe wordt kunstmatige intelligentie gebruikt in de HemoScreen voor zowel ziekte- als kankerdetectie?

De HemoScreen combineert viscoelastic focusing-technologie (VEF) met gepatenteerde kunstmatige intelligentie (AI)-technologie en machinevisie om snel een bloedmonster te analyseren. VEF zorgt ervoor dat de cellen in een enkele laagvlak worden gefocust terwijl ze stromen, waardoor hun optische analyse wordt vergemakkelijkt. Onze machinevisietechnologie maakt dan duizenden beelden van tienduizenden cellen, in real-time, perfect gefocust terwijl ze stromen. Onze AI-algoritmen analyseren deze beelden dan op de fly. Met behulp van beeldverwerking, algoritmen en machinevisie identificeert de technologie de cellen en classificeert ze in verschillende typen.

Met machine learning-algoritmen die zijn getraind door menselijke experts op basis van veel verschillende bloedmonsters en pathologieën, kan het verschillende subtypen van cellen identificeren en classificeren die soms in nuances verschillen van verschillende patiënten en pathologieën. Dit gebeurt allemaal op basis van de morfologie, vorm, nucleusvorm, kleur en andere cel-eigenschappen. Al met al gebruikt onze AI-technologie honderden verschillende kenmerken van elke cel om te bepalen welk type cel het is, snel.

Hoe belangrijk is gedecentraliseerde diagnostische testen bij het succesvol diagnosticeren van kanker en andere infectieziekten in een vroeg stadium?

Gedecentraliseerde diagnostische testen zijn essentieel bij het succesvol diagnosticeren van kanker en andere infectieziekten in een vroeg stadium. De huidige technologieën die in centrale laboratoria worden gebruikt voor dit doel, gebruiken laserstreuwing of elektrische impedantie, die alleen een paar eigenschappen van de cel toelaten, meestal slechts drie of vier in vergelijking met de honderden die onze technologie kan analyseren in een point-of-care-setting.

Bovendien is het proces van het succesvol diagnosticeren van kanker en andere infectieziekten meestal een lang en omslachtig testproces. Bloedmonsters worden genomen van de patiënt na doorverwijzing door de arts, verzonden naar een centraal laboratorium om getest te worden, en patiënten kunnen dagen, zelfs weken, wachten op de resultaten. Gedecentraliseerde diagnostiek geeft artsen de mogelijkheid om hun patiënten te testen en daar, in hun eigen praktijk, zonder enige technische assistentie nodig. En het belangrijkste? De resultaten worden binnen zes minuten ontvangen, en de arts kan de patiënt direct doorverwijzen naar de volgende noodzakelijke stap in de diagnose.

Is er nog iets dat u wilt delen over PixCell Medical?

PixCell Medical is trots op het creëren van een oplossing voor een eenvoudige CBC-test die al decennialang is gezocht. Dit is de eerste keer dat een miniatuur, eenvoudig te gebruiken instrument zulke nauwkeurige resultaten kan bieden die gemakkelijk beschikbaar en toegankelijk zijn voor degene die het het meest nodig heeft.

Bedankt voor het interview en voor het laten weten over het geweldige werk dat gaande is bij PixCell Medical.