นักศึกษาปริญญาเอกนับเซลล์เป็นเวลา 3 ชั่วโมง AI นับสไลด์เดียวกันใน 90 วินาที และไม่ขัดแย้งกับตัวเองระหว่างวันอังคารและวันศุกร์
การนับเซลล์เป็นหนึ่งในงานที่ซ้ำซากที่สุดในชีววิทยา เภสัชวิทยา และการวิจัยทางการแพทย์ การทดลองเพาะเลี้ยงเซลล์ทุกครั้ง การศึกษาขนาดยา และการทดสอบความมีชีวิตเริ่มต้นด้วยคำถามเดียวกัน: มีเซลล์กี่ตัวในตัวอย่างนี้? คำตอบแบบดั้งเดิมต้องใช้ฮีโมไซโตมิเตอร์ กล้องจุลทรรศน์ และความอดทนอย่างมาก เครื่องมือนับที่ขับเคลื่อนด้วย AI ตอนนี้ให้ผลลัพธ์ในไม่กี่วินาทีด้วยความสม่ำเสมอที่ดีกว่าแม้แต่ผู้ปฏิบัติงานที่มีประสบการณ์
ความลำบากของการนับด้วยมือ
การนับเซลล์ด้วยมือด้วยฮีโมไซโตมิเตอร์ทำตามพิธีกรรมที่แทบไม่เปลี่ยนแปลงมาเป็นเวลาหนึ่งศตวรรษ โหลดตัวอย่างลงในห้องนับ วางกระจกปิด โฟกัสกล้องจุลทรรศน์ นับสี่ควอดแรนท์มุม คำนวณค่าเฉลี่ย คูณด้วยปัจจัยการเจือจาง บันทึกตัวเลข ทำซ้ำสำหรับตัวอย่างถัดไป
ตัวอย่างเดียวใช้เวลา 10 ถึง 15 นาทีสำหรับช่างเทคนิคที่ชำนาญ วันเพาะเลี้ยงเซลล์ทั่วไปอาจมี 10 ถึง 30 ตัวอย่าง และการทดลองที่ต้องการการติดตามตามเวลาจะเพิ่มเป็นหลายชั่วโมงหรือหลายวัน ตัวเลขเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว: กลุ่มวิจัยที่ทำการทดสอบหลายรายการสามารถใช้เวลา 20 ถึง 30 ชั่วโมงต่อสัปดาห์เพียงแค่การนับ
ปัญหาที่ใหญ่กว่าไม่ใช่เวลา แต่เป็นความแปรปรวน การศึกษาแสดงว่าความแปรปรวนระหว่างผู้ปฏิบัติงานในการนับฮีโมไซโตมิเตอร์อาจสูงถึง 52% และแม้แต่ผู้ปฏิบัติงานเพียงคนเดียวก็สร้างความแปรปรวนถึง 20% ระหว่างการนับซ้ำของตัวอย่างเดียวกัน ข้อผิดพลาดในการโหลดห้องมีส่วนประมาณ 4.6% การใช้ปิเปตต์เพิ่มอีก 4.7% และแม้แต่การวางกระจกปิดก็สร้างความแตกต่าง 7.6% เมื่อแหล่งข้อผิดพลาดเหล่านี้สะสม การบรรลุค่าสัมประสิทธิ์ความแปรปรวนที่ดีกว่า 15% ต้องนับเซลล์หลายร้อยตัวในหลายห้อง
การนับเซลล์ด้วย AI ทำงานอย่างไร
การนับเซลล์ด้วย AI เริ่มต้นด้วยอินพุตเดียวกัน: ภาพจากกล้องจุลทรรศน์ ความแตกต่างคือสิ่งที่เกิดขึ้นหลังจากนั้น แทนที่มนุษย์จะหรี่ตามองควอดแรนท์ โมเดลคอมพิวเตอร์วิชันจะแบ่งส่วนภาพ ระบุเซลล์แต่ละตัว และส่งคืนจำนวนพร้อมตัวบ่งชี้ความเชื่อมั่น โดยปกติใช้เวลาน้อยกว่า 30 วินาทีต่อภาพ
เครื่องมืออย่าง SnapCyte ทำงานโดยตรงกับภาพฮีโมไซโตมิเตอร์มาตรฐานที่ถ่ายด้วยกำลังขยาย 10X ผ่านกล้องกล้องจุลทรรศน์หรือแม้แต่อะแดปเตอร์สมาร์ทโฟน AI ตรวจจับเส้นตารางอัตโนมัติ ระบุเซลล์ภายในพื้นที่นับ และคำนวณความเข้มข้นและความมีชีวิต รองรับห้อง Neubauer, Neubauer ปรับปรุง และ Burker โดยไม่ต้องกำหนดค่าด้วยมือ
สำหรับเซลล์ที่ยึดเกาะในจานเพาะเลี้ยง กล้องจุลทรรศน์ที่เสริมด้วย AI ใช้การถ่ายภาพเฟสคอนทราสต์หรือฟลูออเรสเซนซ์เพื่อตรวจจับเซลล์โดยตรงในภาชนะ ไม่ต้องทริปซิน ไม่ต้องถ่ายโอนตัวอย่าง ไม่ต้องฮีโมไซโตมิเตอร์ เซลล์ยังคงอยู่โดยไม่ถูกรบกวนในสภาพแวดล้อมการเจริญเติบโต
ความแม่นยำและความสามารถในการทำซ้ำ
การนับเซลล์ด้วย AI บรรลุค่าเฉลี่ยข้อผิดพลาดเปอร์เซ็นต์สัมบูรณ์น้อยกว่า 6.26% สำหรับส่วนผสมของเซลล์ที่มีชีวิตและตาย ดีกว่าช่วงความแปรปรวน 15 ถึง 52% ของการนับฮีโมไซโตมิเตอร์ด้วยมืออย่างมาก ที่สำคัญกว่านั้น AI ให้ผลลัพธ์เดียวกันทุกครั้งที่ประมวลผลภาพเดียวกัน
ความสามารถในการทำซ้ำคือข้อได้เปรียบที่แท้จริง ในการคัดกรองยา ความแปรปรวน 20% ในจำนวนเซลล์พื้นฐานจะส่งผลต่อเนื่องผ่านทุกการคำนวณถัดไป: ค่า IC50 เปลี่ยน เส้นโค้งขนาดยา-การตอบสนองแกว่ง และการทดลองต้องการการทำซ้ำมากขึ้นเพื่อให้ถึงนัยสำคัญทางสถิติ การนับที่สม่ำเสมอตั้งแต่เริ่มต้นทำให้ทุกผลลัพธ์ที่ตามมาแม่นยำขึ้น
10 ถึง 15 นาทีต่อตัวอย่าง ค่าสัมประสิทธิ์ความแปรปรวน: 5 ถึง 15% สำหรับผู้ใช้ที่มีประสบการณ์, สูงถึง 52% ระหว่างผู้ปฏิบัติงาน ผลลัพธ์ขึ้นอยู่กับว่าใครนับและเมื่อไหร่
น้อยกว่า 30 วินาทีต่อภาพ ความแปรปรวนระหว่างผู้ปฏิบัติงานเกือบเป็นศูนย์ ภาพเดียวกัน จำนวนเดียวกัน ทุกครั้ง
ประเภทเซลล์ที่ทำงานได้ดี
การนับด้วย AI จัดการเซลล์หลากหลายประเภทและการเตรียมตัวอย่าง
- เซลล์แขวนลอย (CHO, Jurkat, PBMC): การตรวจจับง่ายด้วยการย้อมความมีชีวิตด้วย trypan blue
- เซลล์ยึดเกาะในการเพาะเลี้ยง: การถ่ายภาพเฟสคอนทราสต์นับเซลล์โดยไม่ต้องยกออกจากจาน
- เซลล์เลือด: การแยกเม็ดเลือดขาวและการนับเกล็ดเลือดจากสเมียร์ที่ย้อมสี
- โคโลนีแบคทีเรีย: นับ CFU บนจานอาการ์จากรูปถ่ายเดียว
- เซลล์ยีสต์: แยกแยะการแตกหน่อและไม่แตกหน่อสำหรับการผลิตเบียร์และเทคโนโลยีชีวภาพ
ความท้าทายหลักคือกลุ่มเซลล์ที่ซ้อนทับกันมาก สนามเศษซากหนาแน่น และเซลล์ขนาดเล็กมากที่ต่ำกว่าขีดจำกัดความละเอียดของเลนส์วัตถุกล้องจุลทรรศน์ สำหรับงานเพาะเลี้ยงเซลล์มาตรฐานส่วนใหญ่ที่กำลังขยาย 10X ถึง 20X การนับด้วย AI พร้อมใช้งานจริง
เริ่มต้นโดยไม่ต้องมีฮาร์ดแวร์ใหม่
อุปสรรคในการเข้าใช้งานต่ำกว่าที่นักวิจัยส่วนใหญ่คาดไว้ เครื่องมือนับเซลล์ด้วย AI ทำงานกับการตั้งค่ากล้องจุลทรรศน์ที่มีอยู่ ไม่ต้องใช้เครื่องนับอัตโนมัติเฉพาะทาง กล้องจุลทรรศน์ห้องปฏิบัติการมาตรฐานที่มีอุปกรณ์กล้องก็เพียงพอ เครื่องมือบางตัวทำงานได้แม้แต่กับภาพสมาร์ทโฟนที่ถ่ายผ่านเลนส์ตา
สำหรับห้องปฏิบัติการที่ใช้ฮีโมไซโตมิเตอร์อยู่แล้ว การเปลี่ยนผ่านเป็นทันที: ถ่ายภาพที่คุณจะนับด้วยตาตามปกติ อัปโหลด และรับจำนวนพร้อมเลเยอร์ความเชื่อมั่น ฮีโมไซโตมิเตอร์ยังอยู่ ความเมื่อยล้าของตาหายไป
สรุป
การนับเซลล์เป็นคอขวดแบบมือและอัตนัยในห้องปฏิบัติการวิจัยมานานกว่าหนึ่งศตวรรษ AI ไม่ได้เปลี่ยนชีววิทยา แต่เปลี่ยนเวลา ความสม่ำเสมอ และความเชื่อมั่นของการนับ น้อยกว่า 30 วินาทีแทน 15 นาที น้อยกว่า 6% ข้อผิดพลาดแทน 15 ถึง 52% ความแปรปรวน ผลลัพธ์เดียวกันในวันอังคารและวันศุกร์
ครั้งต่อไปที่การทดลองเพาะเลี้ยงเซลล์เริ่มต้นด้วย 30 นาทีของการนับฮีโมไซโตมิเตอร์ ลองถ่ายรูปห้องนับดู จำนวนจะพร้อมก่อนที่ประตูตู้อบจะปิด