Alternativ till Flow Cytometry?

Det här är en riktig bra nyhet som jag ska försöka mig på att förklara och utveckla.

PHI har ju som vi vet samarbeten med framstående forskare och Universitet.
En av dessa forskare är Dr. Robert Judson.Här en kort presentation på PHI,s hemsida.
Robert bedriver sin forskning på Helen Diller Family Comprehensive Cancer Center, University of California, San Francisco. (UCSF)
UCSF är sen 2015 PHI,s partner.
Robert med forskare från University of Illinois, Urbana-Champaign släppte i förra veckan en rapport.

High accuracy label-free classification of kinetic cell states from holographic cytometry

Illinois University återkommer jag till.
Robert och forskarna Miroslav Hejna, Aparna Jorapur Jun S. Song har utvecklat ett nytt effektivt arbetssätt/verktyg som i deras forskning baserad på Melanoma cancer (hudcancer) visar sig i många delar vara överlägset det nu idag mest använda verktyget/instrumentet.
Man har använt sig av Holomonitor M4 i denna studie.Gå gärna in på länken och titta på illustrationer tagna med PHI,s programvara Holostudio.

Bakgrund
Cytometri är grunden för att forska på celler.Kortfattat innebär cytometri att kunna observera (mäta) celler ur olika aspekter. Som ex mängd, storlek,form,dess DNA,existerande eller frånvaro av specifika ämnen runt dess yta. Även kunna se en cells förberedelse att dela sig.
Flow Cytometry är den idag mest använda tekniken inom forskarvärlden beträffande cellobservationer.
Tekniken baserar sig på optisk visualisering via x antal lasrar. Ju fler lasrar desto mer användningsområden. 
Sen krävs kompletteringsintrument för att tolka,sortera osv...den data man fått fram.
Detta gör tekniken dyr. Jag återkommer till det.

Robert med kollegor visar nu i denna rapport att Digital Holographic Microscopy (DHM) överträffar Flow C-tekniken inom ett flertal områden. Man har använt sig av PHI,s Holomonitor för att nå dessa insikter.Från sin forskning inom hudcancer har man identifierat den karakteristiska enskilda celler har.Celler som har koppling till hudcancer.
Dessa celler har man tillfört markörer som i sin tur möjliggör att man kan systematisera dessa. 
Hoppar vi vidare i rapporten läser vi att dessa studier lett fram till en plattform att utgå från.
"These analyses demonstrate that DHC ( Digital Holographic Contouring) is a sufficient platform for reliable label-freesingle cell classification using machine-learning-based phenotypic profiling."

Nackdelarna med Flow Cytometry beskriver man bland annat såhär:
Flow cytometry, the most universal method, is a powerful non-endpoint technique, but requires detachment of adherent cells, thus leading to loss of features associated with adhesion. 
The complementary approach of quantitative imaging with highcontent analysis, which allows for evaluation of adherent cells, often depends on reliable fluorescent labels for accurate classification of cell state.The cytotoxicity associated with fluorescent dyes and the phototoxicity associated with fluorescent light can limit the length of time single cells are tracked unperturbed.

Min tolkning
Flow C, den mest använda metoden, är en effektiv teknik men kräver avlägsnande av vidhäftande celler vilket påverkar informationen man får fram.Man missar den information vidhäftade/sammansatta celler har.För att få fram den informationen krävs ett extra moment.Nämligen att använda sig av infärgning.Momentet innebär att cellen går in i sitt dödsstadie och minskar tiden och därmed möjligheten att observera cellen.

Lite fakta om Flow C
Instrumenten är dyra.Från det enklaste instrumentet med begränsade funktioner till de mer avancerade ligger kostnadsbilden från ca $ 90 000 till $ 1 million av vad jag kan få fram från den begränsade information man hittar på nätet. Alltså strax under 1 mille och upp till 10 Msek.
Utöver instrumentet krävs det efterbearbetning med annan teknik om man vill få ut mer info att bearbeta.
Kostnader att lägga till mao.
Detta gör att mindre universitet/labb inte har råd att hålla sig med egen utrustning. 
De hyr istället den funktionen från andra större forskningscentra.
Jag hittar i USA 80 forskningscentra som erbjuder den möjligheten. Kostnad upp till 150$ per timme.
Flow cytometry labb
Här ett exempel på kostnad moment för moment.
Cytometry på Wikipedia. Notera bilden på inkubatorn innehållande....😇😇😇😇
Flow Cytometry versus Holographic microscopy

Men tillbaka till rapporten. (som för övrigt är förba... svår att översätta och sammanfatta på begriplig svenska)
Jag väljer att klippa ur och markera relevanta delar.

A    Abstract

Digital holographic microscopy permits live and label-free visualization of adherent cells. 
Here we report the application of this approach for high accuracy kinetic quantitative cytometry. 

We identify twenty-six label-free optical and morphological features that are biologically independent. 
When used as a basis for machine learning, these features allow blind single cell classification with up to 95% accuracy. 
We present methods to control for inherent holographic noise, thereby establishing a set of reliable quantitative features. 

Together, these contributions permit continuous digital holographic cytometry for three or more days. 

Applying our approach to human melanoma cells treated with a panel of cancer therapeutics, we can track the response of each cell, simultaneously classifying multiple behaviors such as cell cycle length, motility, apoptosis, senescence, and heterogeneity of response to each therapeutic.

Importantly, we demonstrate relationships between these phenotypes over time. This work thus provides an experimental and computational roadmap for low cost live-cell imaging and kinetic classification of heterogeneous adherent cell populations. 

Results and Discussions

Holograms were captured using a HoloMonitor M4 DHC system and acquired every hour to observe all cell divisions in the non-treated conditions. The holograms were processed computationally using HStudio to produce an intensity image representing a quantitative map of light-wave phase shifts.

We next tested the capacity of our platform for deep screening by treating A375 human melanoma cells with a panel of well-characterized kinase inhibitors known to have toxic, growth-arresting or negligible effects.

By first establishing biologically homogeneous mammalian cell populations, we demonstrate that an extended set of features are amenable to machine-learning driven phenotypic profiling, increasing the accuracy of classification from a variable range of 11-89% to a more reliable range of 82-100%. 

Further, we developed methods for standardizing hologram quality for both experimental setup and long-term time-lapse imaging.

The basic technical set-up for DHM is relatively simple as compared to fluorescent microscopy and is consequently a more affordable option for phenotypic profiling. The system used in this study, the HoloMonitor M4, can be assembled inside a standard mammalian tissue culture incubator. DHM is inherently label-free and non-cytotoxic, allowing for long-term imaging of cell populations and tracking of individual cells within a population. As this analysis is non-endpoint, the cells can be used for a variety of purposes once the analysis is complete – for example, molecular verification of cell state as we did here, further propagation, or injection into a mouse.

We foresee a variety of uses for this platform.

Min tolkning och slutsats
Robert med kollegor har i denna studie lyckats "standardisera" hologram på hudcancerceller och utvecklat en plattform som känner igen dessa celler.
Denna plattform är även möjlig att utveckla ytterligare för andra typer av cancerceller. 
Med DHM som bas kan denna plattform användas för forskning kring andra cancerområden.
Det gör att Flow Cytometry som nu är den mest använda tekniken till vissa delar kan ersättas.
Studien berör även Big Data.Möjligheterna att använda resultaten i ett större sammanhang borde finnas.
Med denna studie visar man befintliga DHM-användare (även andra än Holomonitoranvändare) att tekniken medger nya möjligheter. Det i sin tur visar även för övriga forskare hur användbar den de facto är. Mindre universitet/labb får här signal om att det finns ett billigt (och i vissa delar bättre) alternativ till Flow Cytometry tekniken. 
Branschen som helhet och framförallt tillverkningssidan lär ta intryck av studien. Thermo F är för övrigt en större spelare av tillverkarna av Flow C-instrument.
Sammanfattningsvis visar Robert J med forskarkollegor i rapporten att Holomonitor M4 tillsammans med denna plattform  kan komplettera eller t.o.m. ersätta den dyra Flow C tekniken med än bättre möjligheter att göra kvalitativa studier. 
Forskarna ser även möjligheter att utvidga plattformen till annan forskning där Holotekniken är tillämpbar.


Övrigt relevant
Intressanta fakta dök upp när jag gjorde researchen kring denna rapport. Berör Roberts kollegor i denna studie, de från University of Illinois, Urbana-Champaign.
Detta universitet är i framkant inom cytometri och utveckling av nya tekniker/instrument.
Företaget iCyt Mission Technology startade sin verksamhet på detta universitet.
De tillverkade instrument inom Flow C och blev 2010 uppköpta av Sony.

02/10/2010
"CHAMPAIGN – Sony Corp.'s acquisition of Champaign-based iCyt Mission Technology brings a big player on the global stage into the fast-growing field of biological instrumentation.
Sony announced Tuesday that it has acquired iCyt (pronounced like "eyesight"), a maker of flow cytometry equipment that employs about 30 in the University of Illinois Research Park."
Länk

  
Sony: A Surprising New Competitor in Health Care

A growing player in the medical device market
Sony quietly entered the health care market in 2010 through several key acquisitions and partnerships.
In February 2010, Sony acquired iCyt Mission Technology, a producer of flow cytometers, which are used to sort cells, detect biomarkers, and engineer proteins. Sony's Digital Audio Disc Corporation (DADC) then collaborated with at least three life science companies -- RainDance, Quanterix, and Caliper -- to invest in microfluidics, a liquid-handling technology used in DNA chips and lab-on-a-chips. In 2011, it acquired Micronics, a developer of point-of-care diagnostic technologies, which holds a large number of microfluidics patents.
None of those acquisitions made much sense until September 2012, when Sony took an 11% stake in Olympus for its medical imaging technologies. At the time of the investment, Olympus held a 70% global market share in endoscopes, which are used to peer inside the human body during medical procedures. The joint venture, known as Sony Olympus Medical Solutions, formally started in April 2013.

Sony's sudden interest in medical devices runs parallel to tech giant Samsung's.
 Between 2010 and 2013, Samsung acquired Medison (ultrasonic medical devices), Nexus (cardiovascular test kits), and NeuroLogica (medical imaging). It combined all of those technologies and launched GEO, its own line of digital radiology and in-vitro diagnostic equipment, last March. Samsung is more ambitious than Sony -- it claims it will be one of the world's largest medical equipment companies by 2020, generating $10 billion in annual revenue from its medical device business alone.
To put Sony and Samsung's 2020 medical sales targets in perspective, GE's health care segment, one of the largest medical device companies in the world, generated $18.2 billion in revenue in fiscal 2013.

Här kan man se iCyt´s  flow cytometer i Sonyskrud. Det är en mindre modell med begränsade funktioner.
Såhär marknadsför Sony modellen:
- SH800 is compact at just one-third the size (55cm width/55cm depth/72cm height) of regular cell sorters manufactured by other companies as it incorporates integrated laser technology and a compact mechanism design.
Furthermore, it is relatively more affordable than existing flow cytometers because it satisfies the basic cell sorting functions with a maximum of just four lasers and six color fluorescence detection.

Denna basicmodell kostade ca 1, 7Msek i 2012 års penningvärde.
PHI,s Holomonitor M4 har ett listpris på ca 365 000 skr. 2017 års penningvärde.
Inga jämförelser i övrigt.

Lite egen spekulation såhär avslutningsvis: Sony och Samsung ser ut att ha ambitionen att bli större spelare inom medical devices. Tillväxtstrategin ser ut att vara att växa genom förvärv. Att med deras egenutvecklade produkter och kunskap addera helt ny teknik och med det få ut nya produkter som bygger på det man förvärvar + ser nya tillämplingsområden? med denna nya teknik.
Vi kanske inte ska stirra oss blinda på Thermo F och GE Healthcare som ev köpare av PHI.
Tål att tänkas på.