Авишай Брански, доктор философии, генеральный директор и сооснователь PixCell – Серия интервью

Авишай Брански, доктор философии, генеральный директор и сооснователь PixCell, является экспертом в области микрофлюидики, с обширным опытом промышленного применения физики, программного обеспечения и системной инженерии. Он является одним из изобретателей техники вязкоупругого фокусирования, методов анализа клеток и микрофлюидной картриджи. Доктор Брански имеет степень бакалавра физики, бакалавра материаловедения и докторскую степень в области биомедицинской инженерии, все из Техниона – Израильского технологического института.

PixCell Medical имеет интересную историю происхождения, можете ли вы рассказать, как компания была основана после случайного открытия уникального физического явления: Вязкоупругое фокусирование (VEF)?

Во время завершения моей докторской диссертации в Технионе – Израильском технологическом институте, мой коллега и я исследовали микрофлюидные устройства, в которых мы протекали кровяные клетки, взвешенные в различных растворах. Мы осматривали клетки через микроскоп, когда они протекали, и, как ожидалось, клетки были равномерно распределены по микроканалу (часть микрофлюидного устройства). Во время нашего исследования мы экспериментировали с уникальным раствором, обычно используемым в горнодобывающей промышленности. Когда мы посмотрели через микроскоп, мы не смогли увидеть никаких клеток. Мы повторили это несколько раз, и все равно не смогли увидеть никаких клеток! После дальнейшего исследования мы поняли, что все клетки были сфокусированы в одной плоскости, и наш микроскоп не был сфокусирован на этой плоскости клеток. Эффект фокусирования, который мы открыли, был чрезвычайно сильным, какого мы никогда не видели, при котором все клетки были идеально выровнены в одной плоскости на расстоянии десятков нанометров друг от друга. Это было нашим прорывом в открытии вязкоупругого фокусирования (VEF).

Мы обратились к профессору в Технионе, который разработал теорию, подтверждающую это открытие. На основе этого исследования мы опубликовали статью о VEF в одном из самых престижных физических журналов – Physical Review Letters.

Я быстро понял, что VEF может быть очень полезным в приложениях, где клетки подсчитываются или анализируются. Эти методы все требуют фокусирования клеток, потому что чем ближе клетка к положению, которое вы ожидаете, тем более точен анализ. Острое фокусирование, достигнутое с помощью VEF, облегчает высокоточные измерения, а также анализ изображений характеристик клеток. Дополнительное преимущество заключается в том, что VEF требует гораздо меньше реагентов, чем стандартные счетчики клеток, что делает его экономически эффективным и простым в использовании. Это было начальной точкой, когда мы начали разрабатывать анализатор гематокрита HemoScreen, который был разработан вокруг VEF, а также других запатентованных технологий.

HemoScreen делает анализ крови простым, можете ли вы объяснить, какие навыки необходимы для проведения анализа крови и какой процесс?

HemoScreen компактен, прочен и прост в использовании, и не требует никаких технических навыков для настройки или эксплуатации. Кроме того, он не требует технического обслуживания или калибровки. Благодаря этому, любой человек может быстро научиться использовать его, просто прочитав руководство, от медсестер и ухаживающих до самого пациента.

Устройство включает простой трехэтапный процесс:

• Одна капля крови берется из пальца и вводится в одноразовую картридж, которая имеет все реагенты, встроенные в нее.
• Картридж вводится в анализатор; и
• В течение 6 минут доставляются результаты анализа крови высокого качества для полного 5-частного дифференциального анализа крови.

Этот процесс исключает ошибки оператора или пользователя, связанные с процедурой, которые могут поставить под угрозу качество результата теста из-за доаналитических шагов подготовки образца. Доставка точных показаний 20 стандартных параметров анализа крови в безопасном, простом и простом решении точки ухода экономит пациентам, клиницистам и системам здравоохранения значительное время и затраты.

В США HemoScreen разрешен для использования в точке ухода (POC) с рейтингом CLIA умеренной сложности.

Какие заболевания может обнаружить HemoScreen?

HemoScreen выполняет наиболее распространенный анализ крови, полный анализ крови (CBC), который дает медицинским работникам общую картину здоровья человека. Кроме того, он предоставляет комплексное флагирование аномальных клеток, которое может служить биомаркерами для различных патологий. Идентификация аномальных клеток так важна, но недоступна в точке ухода или даже в крупных, централизованных лабораториях.

Когда речь идет об идентификации заболеваний, таких как лимфома,ertain типы лейкемии и тяжелое воспаление, незрелые кровяные клетки выделяются из костного мозга до достижения ими зрелого состояния. Способность флагировать такие незрелые клетки в крови пациента является очень важным открытием и может быть обнаружено только с помощью высококачественных инструментов. Часто эти инструменты не могут обнаружить все незрелые клетки, что приводит к необходимости сделать мазок крови и осмотреть образец под микроскопом. Есть все меньше и меньше патологов с опытом выполнения этого.

Вот где появляется HemoScreen. Наш анализ изображений, основанный на искусственном интеллекте, может, на основе тысяч образцов из различных патологий, идентифицировать клетки и давать точное открытие, представляющее собой огромную трансформацию в быстром анализе крови. Используя эту технологию, пациентам можно сказать сразу, должны ли они пойти в больницу и выполнить более конкретные тесты, чтобы точно определить патологию намного раньше, чем с помощью текущих методов тестирования.

Другие расстройства, которые можно выявить с помощью CBC HemoScreen, включают хронические лимфомы (CLL), инфекции, тяжелую анемию и внутреннее кровотечение. Добавление аномальных клеток является сильным индикатором того, что у пациента есть серьезная проблема, которая требует дальнейшего анализа и оценки. Вместо диагностики конкретных заболеваний тест HemoScreen дает общую картину здоровья пациента и помогает в ранней детекции тяжелых патологий. Кроме того, он помогает врачу определить, назначать ли антибиотики или нет, что становится все более важным с увеличением проблемы антибиотикорезистентности микроорганизмов.

HemoScreen также может обнаружить аномальные кровяные клетки, которые могут указывать на потенциальные раковые клетки. Можете ли вы рассказать, как это изделие можно использовать для обнаружения рака на ранней стадии?

Кровяные клетки развиваются в костном мозге, который постепенно эволюционирует, пока они не будут выпущены в кровоток как один из семи основных типов клеток. Эти зрелые клетки подсчитываются в рамках стандартного теста CBC, поскольку их концентрация в крови служит для диагностики различных состояний, таких как инфекция и анемия. Однако иногда незрелые клетки, которые еще не развились до своего зрелого состояния, преждевременно выпускаются из костного мозга в периферический кровоток. Эти клетки называются аномальными клетками и могут быть указанием на серьезное расстройство здоровья.

Метод анализа HemoScreen основан на цифровом изображении протекающих клеток, которое может быть воспринято как “протекающий мазок крови”. Он извлекает сотни характеристик из каждой клетки, в отличие от 3-4 сигналов, полученных стандартными анализаторами в централизованных лабораториях. Это позволяет технологии точно различать все типы клеток, включая аномальные.

Версия HemoScreen, одобренная FDA, указывает 5 типов нормальных белых клеток и точно флагирует аномальные клетки. Однако PixCell недавно представила новую версию, которая измеряет и выводит счет аномальных клеток – это означает прорыв в гематологической диагностике, поскольку врачи смогут обнаружить различные виды рака на ранней стадии в первичной помощи и не пропустят эти критические случаи, которые требуют немедленного вмешательства.

HemoScreen может подсчитывать незрелые гранулоциты, нуклеированные эритроциты и бластные клетки, которые чрезвычайно важны для обнаружения, даже в очень небольших количествах, поскольку они могут указывать на миеломы, лейкемии, лимфомы и хронические расстройства крови, которые требуют немедленного вмешательства.

Одним из направлений работы PixCell Medical является ранняя диагностика сепсиса. Можете ли вы рассказать о текущих проблемах ранней диагностики сепсиса и о том, как PixCell Medical решает эту проблему?

Сепсис является глобальной проблемой здравоохранения. Чтобы бороться с сепсисом, нам требуются лучшие диагностические инструменты, более быстрое тестирование и более специфические тесты. Если тестирование не специфично, оно не может различать сепсис и другие состояния, которые кажутся подобными.

PixCell Medical решает эту проблему, предоставляя высокодоступное тестирование для специфических биомаркеров, связанных с бактериальными инфекциями. Некоторые из них уже доступны с 5-частным дифференциальным CBC, такими как абсолютный счет нейтрофилов (ANC) и счет белых кровяных клеток (WBC), в то время как другие еще находятся в стадии разработки.

PixCell также добавляет недавно открытый биомаркер: ширину распределения моноцитов (MDW) к тесту CBC. MDW был показан эффективным для обнаружения сепсиса во время первоначального обращения в отделение неотложной помощи. В сочетании с WBC MDW, как ожидается, еще больше повысит медицинское принятие решений во время раннего управления сепсисом в отделении неотложной помощи. Незрелые гранулоциты, упомянутые выше, также были показаны как хороший ранний маркер сепсиса. Кроме того, PixCell разрабатывает дальнейшие тесты для маркеров воспаления, таких как C-реактивный белок (CRP) и прокальцитонин (PCT), которые широко используются в лечении сепсиса.

Сочетание этих маркеров предлагает гораздо более конкретное указание на источник инфекции и течение заболевания. Кроме того, обеспечение доступности этих передовых тестов и предоставление результатов в реальном времени приведет к значительно улучшенным клиническим результатам для пациентов с сепсисом.

Как искусственный интеллект используется в HemoScreen для обнаружения заболеваний и рака?

HemoScreen сочетает технологию вязкоупругого фокусирования (VEF) с запатентованной технологией искусственного интеллекта (AI) и машинного зрения для быстрого анализа образца крови. VEF вызывает фокусировку клеток в одну слой плоскости, когда они протекают, облегчая их оптический анализ. Наша технология машинного зрения затем захватывает тысячи изображений десятков тысяч клеток в реальном времени, идеально сфокусированных, когда они протекают. Наши алгоритмы AI затем анализируют эти изображения на лету. Используя обработку изображений, алгоритмы и машинное зрение, технология идентифицирует клетки и затем классифицирует их на различные типы.

Используя алгоритмы машинного обучения, обученные человеческими экспертами на основе многих разных образцов крови и патологий, он может идентифицировать и классифицировать различные подтипы клеток, которые иногда различаются в нюансах у разных пациентов и патологий. Все это делается на основе морфологии клеток, формы, формы ядра, цвета и других свойств клеток. Всего наша технология AI использует сотни различных характеристик каждой клетки, чтобы определить, какой тип клетки это, быстро.

Насколько важно децентрализованное диагностическое тестирование для успешной диагностики рака и других инфекционных заболеваний на ранней стадии?

Децентрализованное диагностическое тестирование имеет решающее значение для успешной диагностики рака и других инфекционных заболеваний на ранней стадии. Текущие технологии, используемые в централизованных лабораториях для этой цели, используют лазерное рассеяние или электрическое импеданс, которые позволяют анализировать только несколько свойств клеток, обычно только около трех или четырех, по сравнению с сотнями, которые может проанализировать наша технология в точке ухода.

Кроме того, процесс успешной диагностики рака и других инфекционных заболеваний обычно выполняется через длительный и утомительный процесс тестирования. Образцы крови берутся у пациента после направления врача, отправляются в централизованную лабораторию для тестирования, и пациенты могут ждать дней, даже недель, чтобы получить результаты. Децентрализованная диагностика дает врачам возможность тестировать своих пациентов сразу же, в своем кабинете, без необходимости технической помощи. И самое главное? Результаты получаются в течение 6 минут, и врач может направить своего пациента непосредственно на следующий необходимый шаг в диагностике.

Есть ли что-то еще, что вы хотели бы поделиться о PixCell Medical?

PixCell Medical гордится тем, что создала решение для простого теста CBC, который был востребован на протяжении нескольких десятилетий. Это первый раз, когда миниатюрное, простое в использовании устройство может предоставить такие точные результаты, которые легко доступны и доступны тем, кто в них нуждается.

Спасибо за интервью и за то, что рассказали нам о удивительной работе, которая происходит в PixCell Medical.