Раковые клетки имеют несколько ключевых отличий от здоровых, которые помогают идентифицировать их как опасные. Например, pH — уровень кислотности — внутри раковой клетки отличается от pH здоровой клетки.
Исследователи из Национального университета Сингапура разработали метод использования машинного обучения, чтобы определить, является ли отдельная клетка злокачественной, путем определения ее pH. Они описывают свою работу в журнале APL Bioengineering .
«Способность идентифицировать отдельные клетки приобрела первостепенное значение в области точной и персонализированной медицины», — сказал Чви Тек Лим, один из авторов. «Это потому, что это единственный способ учесть врожденную неоднородность, присущую любому биологическому образцу».
Лим объяснил, что другие методы исследования отдельной клетки могут вызвать токсические эффекты или даже убить клетку. Их подход, однако, позволяет отличать клетки, происходящие из нормальных тканей, от клеток, происходящих из раковых тканей, а также среди различных типов рака, сохраняя при этом клетки живыми.
Метод основан на обработке клеток бромтимоловым синим, pH-чувствительным красителем, который меняет цвет в зависимости от того, насколько кислым является раствор. Каждый тип клеток показывает свой уникальный красный, зеленый и синий отпечаток пальца (RGB), основанный на его внутриклеточной кислотности. Поскольку раковая трансформация изменяет pH клетки, нездоровая клетка по-разному реагирует на бромтимоловый синий, что приводит к характерному сдвигу ее отпечатка RGB.
Обучая алгоритм машинного обучения отображать комбинации цветов с болезненным состоянием отдельных клеток, авторы могут легко распознать нежелательный сдвиг. Это позволяет им определять здоровье клетки, используя только простое стандартное оборудование: инвертированный микроскоп и цветную камеру.
«Наш метод позволил нам классифицировать отдельные клетки различных тканей человека, как нормальных, так и злокачественных, сосредоточив внимание исключительно на присущих уровнях кислотности, которые имеет свойство проявлять каждый тип клеток, и с использованием простого и недорогого оборудования», — сказал Лим.
Для практической реализации этого подхода медицинским работникам потребуется неинвазивно получить образец рассматриваемых клеток.
«Одним из возможных применений этого метода может быть жидкостная биопсия, где опухолевые клетки , вышедшие из первичной опухоли, могут быть выделены минимально инвазивным способом из жидкостей организма» , — сказал Лим.