來自科學(xué)初創(chuàng)公司和學(xué)術(shù)研究人員的團(tuán)隊發(fā)明了一種名為Ghost Cytometry的新細(xì)胞識別和分選系統(tǒng)。該系統(tǒng)將新穎的成像技術(shù)與人工智能相結(jié)合，以前所未有的高吞吐速度識別和分選細(xì)胞。領(lǐng)導(dǎo)該項目的科學(xué)家希望他們的方法將用于識別和分類患者血液中循環(huán)的癌細(xì)胞，加快藥物發(fā)現(xiàn)，并提高基于細(xì)胞的醫(yī)療療法的質(zhì)量。

“幽門細(xì)胞計數(shù)將幫助需要在實驗室中對細(xì)胞進(jìn)行分類的研究人員，并使需要快速準(zhǔn)確分離和診斷細(xì)胞樣本的臨床醫(yī)生和患者受益，”東京大學(xué)副教授Sadao Ota說。

在2018年6月15日發(fā)表在“科學(xué)”雜志上的一篇文章中，研究人員證明了Ghost Cytometry可以對至少兩種不同類型的細(xì)胞進(jìn)行分類，這些細(xì)胞具有相似的大小和結(jié)構(gòu)，只有很少的錯誤識別細(xì)胞。Ghost Cytometry可以每秒超過10,000個細(xì)胞的速率識別細(xì)胞，并以每秒數(shù)千個細(xì)胞的速率將細(xì)胞分成適當(dāng)?shù)慕M?，F(xiàn)有的細(xì)胞分選機(jī)不能區(qū)分具有這種相似外觀的細(xì)胞類型。使用顯微鏡的人類專家通常每秒識別和排序少于10個細(xì)胞，有時準(zhǔn)確度較低。

Ghost Cytometry名稱指的是該技術(shù)如何分析最小光波數(shù)據(jù)而不將任何光數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成圖像;它是無圖像成像技術(shù)。目前識別不同類型細(xì)胞的方法依賴于細(xì)胞的顯微鏡圖像，然后通過計算機(jī)圖像識別程序或人類觀察者對其進(jìn)行分類。依靠完整的圖像使得實時，高通量的細(xì)胞分選成為難以實現(xiàn)的目標(biāo)。

“在這個項目開始時，我們是一個由設(shè)備簡陋的房間里的年輕科學(xué)家組成的小團(tuán)隊。由于我們有限的資源，我們專注于使用信息的最有效方式，而不是創(chuàng)造更好的硬件。這導(dǎo)致我們的想法不是以傳統(tǒng)方式開發(fā)新的基于圖像的技術(shù)，而是將視覺信息轉(zhuǎn)換為允許通過機(jī)器學(xué)習(xí)進(jìn)行快速處理的格式，“Ota說。Ota是開發(fā)該技術(shù)的光學(xué)成像專家，生物工程師，生物物理學(xué)家和機(jī)器學(xué)習(xí)專家的跨學(xué)科研究小組的成員。該研究團(tuán)隊的一些成員還成立了ThinkCyte，一家旨在將設(shè)備商業(yè)化的公司。

“有時沒有污漬，染料或其他生物標(biāo)記可以有效地標(biāo)記不同類型的細(xì)胞或同一細(xì)胞的不同激活狀態(tài)。這就是Ghost Cytometry對臨床醫(yī)生，患者和研究人員特別有價值的一次，”大田。

在Ghost Cytometry中，細(xì)胞通過單個像素檢測器相機(jī)下方的窄通道一次沖一個，該相機(jī)檢測每個細(xì)胞發(fā)出的熒光波。這種對光波的解釋無需將其轉(zhuǎn)換為完整圖像，這使得Ghost Cytometry成為無圖像視覺系統(tǒng)。配備有機(jī)器學(xué)習(xí)算法的電路連接到單像素檢測器相機(jī)，并且學(xué)習(xí)每種細(xì)胞類型的獨(dú)特光波模式以在10微秒內(nèi)識別細(xì)胞。然后，電路發(fā)送電信號，以便在細(xì)胞流過時將細(xì)胞推入正確的分類途徑。

機(jī)器學(xué)習(xí)系統(tǒng)不需要圖像來分析細(xì)胞，但如果研究人員需要圖像進(jìn)行額外分析，單像素探測器攝像頭確實能夠捕獲足夠的信息，以數(shù)字方式重建通過細(xì)胞計數(shù)系統(tǒng)的細(xì)胞的傳統(tǒng)二維圖像需要圖像進(jìn)行其他分析。

目前的Ghost Cytometry方法涉及用熒光染料染色細(xì)胞，熒光染料以獨(dú)特的方式自然地為任何細(xì)胞類型著色。正在進(jìn)行的研究項目正在探索更先進(jìn)的機(jī)器學(xué)習(xí)程序和成像技術(shù)可以完全消除對熒光染色的需求的可能性。

這是第一種超快速熒光成像激活細(xì)胞分選技術(shù)，它可以在高通量下將特定細(xì)胞類型與物理相似細(xì)胞的混合物分離。ThinkCyte計劃今年與研究機(jī)構(gòu)合作，使用Ghost Cytometry開展腫瘤學(xué)和再生醫(yī)學(xué)臨床研究項目。該公司還開發(fā)了Ghost C