BR112014016072B1 - método e sistema para detectar uma infecção por plasmodium em uma amostra de sangue - Google Patents
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Abstract
MÉTODO E SISTEMA DE DETECTAR UMA INFECÇÃO DE PATÓGENO EM UMA AMOSTRA. É revelado neste documento, entre outras coisas, um método, kit e sistemas para detectar uma infecção por patógeno em uma amostra corporal o método compreendendo (i) a coloração da dita amostra corporal com um ou mais corantes, compreendendo pelo menos um corante predominante corando DNA para, assim, prover coloração diferencial entre DNA e pelo menos um outro componente celular sendo diferente de DNA; (ii) a identificação de pelo menos uma área corada compreendendo o DNA, se existir na amostra, e pelo menos uma outra área corada compreendendo o outro componente celular; (iii) a extração de características estruturais para a primeira área corada e pelo menos uma outra área corada, as ditas características estruturais compreendem pelo menos um dentre (i) tamanho de pelo menos uma dentre a primeira área corada e uma outra área corada e (ii) local da dita primeira área corada e da dita pelo menos uma outra área corada, uma em relação à outra; e (iv) a determinação da presença de um patógeno suspeito na amostra corporal se uma primeira área corada foi identificada e as ditas características estruturais se conformarem a características estruturais predeterminadas como (...).
Description
[001] A presente revelação refere-se a métodos de diagnóstico e em particular, a métodos e sistemas para detectar patógenos em fluidos corporai s .
[002] Referências consideradas relevantes como histórico à matéria aqui revelada são listadas abaixo:
[003] J. Keiser, J. Utzinger, Z. Premji , Y. Yamagata e B. H. Singer em Annals of Tropical Medicine & Parasitology, Vol. 96, N° 7, 643-654 (2002)
[004] Patente americana n° US 5,470,751
[005] Publicação on-line do Centers for Disease Control and Prevention CDC, Diagnostic Procedures, 2009 "Blood specimens: Microscopic Examination" em http://www.dpd.cdc.gov/dpdx/HTML/Frames/DiagnosticPro cedures/body_dp_bloodexamin.htm
[006] O reconhecimento das referências acima neste documento não deve ser interpretado significando que estas são de qualquer maneira relevantes à patenteabilidade da matéria aqui revelada.
[007] A coloração é uma técnica frequentemente utilizada na biologia e medicina para destacar estruturas em tecidos biológicos para visualizar, muitas vezes com a ajuda de diferentes microscópios. As colorações podem ser utilizadas para definir e examinar tecidos volumosos (destacando, por exemplo, fibras musculares ou tecido conjuntivo), populações celulares (classificando diferentes células do sangue, por exemplo), ou organelas dentro de células individuais.
[008] A coloração de células é utilizada para melhor visualizar células e componentes celulares sob um microscópio. Ao utilizar diferentes colorações, pode-se preferencialmente corar certos componentes celulares, tal como um núcleo ou uma parede celular, ou toda a célula. As colorações podem ser utilizadas em células fixas, ou não vivas, bem como em células vivas.
[009] Técnicas de coloração de células são também muitas vezes utilizadas para detectar um patógeno em uma amostra de sangue. Um patógeno importante é a malária.
[010] O primeiro corante sintetizado para detecção por coloração de foi azul de metileno, em 1876. Seis anos depois, ele foi utilizado para descobrir bacilos da tuberculose. Ao longo dos anos, modificações de MB foram empregadas, incluindo MB "curado" em combinação com outros corantes, tal como eosina, que permitiram diferenciação entre células do sangue e os núcleos de parasitas da malária, bem como a combinação de desmetilação de azul de metileno MB com glicerol como um agente estabilizante em solvente de metanol, conhecido como o corante de Malacowski-Wright-Giemsa.
[011] J. Keiser et al. descreve Laranja de Acridina em comparação com o corante de Giemsa, para diagnóstico de malária, incluindo seu desempenho de diagnóstico, sua promoção e implementação e as implicações para o controle da malária.
[012] A Patente americana n° US 5,470,751 descreve outro reagente para corar células infectadas com malária e um método para detectar células infectadas por malária utilizando o mesmo, em que o reagente é uma solução de coloração compreendendo pelo menos um primeiro corante de um análogo de Auramina, tal como Auramina O e pelo menos um segundo corante de um derivado de benzeno condensado, tal como iodeto de 3,3'-dietil-2,2'-oxacarbocianina. Uma amostra de testes é tratada com reagente para corar células infectadas com malária. As células infectadas com malária coradas são, em seguida, detectadas opticamente.
[013] Além disso, o Centers for Disease Control and Prevention CDC, Diagnostic Procedures, 2009 descreve sob o título "Blood specimens: Microscopic Examination" que a técnica de Kawamoto para da detecção de parasitas do sangue, tal como parasitas de malária, utilizando corantes fluorescentes que colorem ácidos nucleicos. Conforme discutido nesta publicação, na técnica de Kawamoto, esfregaços de sangue em um slide são corados com laranja de acridina (AO) e examinados com um microscópio de fluorescência ou um microscópio de luz adaptado com um sistema de filtro de interferência. Isto resulta em uma coloração diferencial de DNA nuclear em verde e de RNA citoplasmático em vermelho, o que permite o reconhecimento dos parasitas.
[014] A presente revelação provê, de acordo com um primeiro dos seus aspectos, um método de detectar uma infecção por patógeno em uma amostra, o método compreendendo:
[015] - a coloração da dita amostra corporal com um ou mais corantes, compreendendo pelo menos um corante predominante corando DNA para, assim, prover coloração diferencial entre DNA e pelo menos um outro componente celular sendo diferente de DNA;
[016] - a identificação de pelo menos uma área corada compreendendo o DNA, se existir na amostra, e pelo menos uma outra área corada compreendendo o outro componente celular;
[017] - a extração de características estruturais para a primeira área corada e pelo menos uma outra área corada, as ditas características estruturais compreendem pelo menos um dentre (i) tamanho de pelo menos uma dentre a primeira área corada e uma outra área corada e (ii) local da dita primeira área corada e da dita pelo menos uma outra área corada, uma em relação à outra; e
[018] - a determinação da presença de um patógeno suspeito na amostra se uma primeira área corada foi identificada e as ditas características estruturais se conformarem a características estruturais predeterminadas como caracterizante do patógeno suspeito.
[019] De acordo com um segundo aspecto, a presente revelação provê um kit compreendendo:
[020] - um primeiro corante predominantemente corando DNA;
[021] - um segundo corante para corar pelo menos um outro componente celular sendo diferente de DNA;
[022] - instruções para uso do primeiro corante e do dito segundo corante para determinar a presença de um patógeno suspeito em uma amostra.
De acordo com um terceiro aspecto, a presente revelação provê um sistema compreendendo:
De acordo com um terceiro aspecto, a presente revelação provê um sistema compreendendo:
[023] - um componente de captura de imagem configurado e operável para adquirir pelo menos uma imagem óptica de uma área corada em uma amostra, a área corada compreendendo uma primeira área corada correspondente predominantemente a DNA e pelo menos uma outra área corada correspondente a pelo menos um outro componente celular sendo diferente de DNA;
[024] - uma unidade de processamento de imagem configurada para
[025] i) extrair características estruturais pelo menos da dita primeira área corada e da dita outra área corada, as ditas características estruturais compreendem pelo menos um dentre (i) tamanho de pelo menos uma dentre a dita primeira área corada, e (ii) uma outra área corada; e um local da dita primeira área corada e da dita outra área corada, uma em relação à outra; e
[026] ii) determinar a presença de um patógeno suspeito na amostra corporal, se uma primeira área corada é identificada e as ditas características estruturais se conformarem a características estruturais predeterminadas como caracterizante de uma infecção por patógeno.
[027] Além disso, de acordo com um quarto aspecto, a presente revelação provê uma unidade de processamento para identificar um patógeno em uma amostra, compreendendo:
[028] - módulo de entrada configurado e operável para receber dados correspondentes a um objeto corado na amostra compreendendo pelo menos uma primeira área corada correspondente predominantemente a DNA e pelo menos uma outra área corada correspondente a pelo menos um outro componente celular diferente de DNA, e
[029] - uma unidade de processamento de imagem configurada e operável para processar os ditos dados correspondentes ao dito objeto corado, o processamento compreende:
[030] - a extração de características estruturais para pelo menos a primeira área corada e segunda área de corada no objeto corado, as ditas características estruturais compreendem pelo menos um dentre (i) área de pelo menos uma dentre a primeira e a outra área corada e (ii) um local da dita primeira área corada e da dita outra área corada, uma em relação à outra; e
[031] - a provisão de um valor ou combinação de valores sendo indicadores da presença ou ausência de um patógeno suspeito na amostra, se as ditas características estruturais se conformarem a características estruturais predeterminadas como caracterizante do patógeno suspeito
[032] De acordo com um quinto aspecto, a presente revelação provê um produto de programa de computador compreendendo um meio utilizável por computador tendo código de programa legível por computador incorporado no mesmo para detectar uma infecção de patógeno em uma amostra sendo corada com dois ou mais corantes, o produto de programa de computador compreendendo:
[033] código de programa legível por computador para fazer com que o computador identifique no objeto corado pelo menos de uma primeira área corada correspondente predominantemente a DNA e pelo menos uma outra área corada correspondente a pelo menos um outro componente celular diferente de DNA;
[034] código de programa legível por computador para fazer com que o computador extraia características estruturais para pelo menos a primeira área corada e uma outra área corada, as ditas características estruturais compreendem pelo menos um dentre (i) área de pelo menos uma dentre a primeira e uma outra área corada e (ii) local da dita primeira área corada e da dita outra área corada, uma em relação à outra;
[035] código de programa legível por computador para fazer com que o computador determine um valor ou combinação de valores sendo indicadores da presença de um patógeno suspeito na amostra, se as ditas características estruturais se conformarem a características estruturais predeterminadas como caracterizante de a infecção de patógeno suspeito.
[036] Para melhor entender a matéria que é revelada neste documento e exemplificar como ela pode ser realizada na prática, realizações serão agora descritas, apenas a título de exemplo não limitativo, em referência aos desenhos apensos, nos quais:
[037] As Figuras 1A a 1F mostram imagens obtidas em três exposições diferentes; imagens de campo brilhante (Figuras 1A, 1D) , fluorescência azul (365nm, Figuras 1B e 1E) e fluorescência UV (475nm, Figuras 1C, 1F) de glóbulos brancos do sangue (Figuras 1A-1C) e glóbulos vermelhos do sangue infectados com malária (Figuras 1D-1F).
[038] A presente invenção é baseada no desenvolvimento de métodos para coloração diferencial de diferentes componentes em uma amostra de sangue para, assim, permitir uma detecção quase instantânea de uma infecção no sangue.
[039] Especificamente, foi descoberto pelos inventores que a coloração de uma amostra de sangue com reagente de laranja de acridina (AO) permite a diferenciação entre patógenos contendo DNA e, por exemplo, plaquetas, reticulócitos, corpos de Howell-Jolly, e bactérias tal como Staphylococcus epidermidis.
[040] Foi ainda descoberto que a coloração de uma amostra de sangue com AO e reagentes de Hoechst e empregando uma análise de imagem do objeto corado incluindo as duas áreas coradas diferentes (o objeto sendo uma imagem no campo de visão compreendendo as áreas coradas sob análise), permitiu a detecção de infecção de malária na amostra de sangue. Nesta conexão, os inventores descobriram que, além de detectar duas áreas coradas diferentes no objeto corado visualizado (da amostra), às vezes também é importante levar em consideração algumas características espaciais das áreas coradas, tal como o tamanho ou as dimensões de cada área corada e/ou a relação espacial entre as mesmas.
[041] Os inventores também determinaram que, para detectar um patógeno na amostra de sangue, pelo menos um corante deve corar ácido nucleico desoxirribonucleico (DNA) com preferência em relação à coloração de outros componentes celulares.
[042] Foi também descoberto pelos inventores que a sensibilidade de diagnóstico obtida utilizando dois corantes, um predominantemente corando DNA, está acima de 95%, e até mesmo acima de 97% ou 99%.
[043] Além disso, foi descoberto, e foi também demonstrado no segundo exemplo, que o método revelado neste documento permite identificar a presença de um patógeno em baixas contagens/μl. Por exemplo, o exemplo provido neste documento mostra que um parasita, tal como Plasmodium, pode ser detectado no sangue mesmo em uma contagem abaixo de 1.000 parasitas por μl e até mesmo em uma baixa contagem de cerca de 20 parasitas por μl
[044] Assim, de acordo com um primeiro aspecto, a presente revelação provê um método de detectar uma infecção por patógeno em uma amostra, o método compreendendo:
[045] - a coloração da dita amostra corporal com um ou mais corantes, com pelo menos um corante predominante corando DNA para, assim, prover coloração diferencial entre DNA e pelo menos um outro componente celular sendo diferente de DNA;
[046] - a identificação de pelo menos uma área corada compreendendo o DNA, se existir na amostra, e pelo menos uma outra área corada compreendendo o outro componente celular;
[047] - a extração de características espaciais para a primeira área corada e pelo menos uma outra área corada, as ditas características espaciais compreendem pelo menos um dentre: (i) tamanho de pelo menos uma dentre a primeira área corada e uma outra área corada; e (ii) local da primeira área corada e da pelo menos uma outra área corada, uma em relação à outra;
[048] - a determinação da presença de um patógeno na amostra se uma primeira área corada foi identificada e as ditas características espaciais se conformarem a (a saber, corresponderem a, se enquadrarem a, caírem dentro de, estiverem associadas a) , um valor ou uma combinação de valores predeterminada caracterizante de uma infecção por patógeno suspeita.
[049] Conforme apreciado, embora a invenção seja descrita na seguinte descrição detalhada em referência a um método de detectar uma infecção por patógeno em uma amostra, tal como uma amostra de sangue, deve ser entendido que a presente revelação também engloba um kit para realizar a invenção, um sistema, uma unidade de processamento e outros aspectos, conforme revelado neste documento,
[050] O método da invenção é aplicável para uma variedade de amostras. Em algumas realizações, a amostra é uma amostra corporal. Em algumas realizações, a amostra corporal é uma amostra de fluido corporal, tal como, entre outras, sangue, salive, sêmen, suor, escarro, líquido vaginal, fezes, leite materno, lavado broncoalveolar, lavado gástrico, lágrimas e descarga nasal.
[051] Em algumas realizações, a amostra corporal é uma amostra de sangue.
[052] Em algumas realizações, a amostra de sangue é selecionada dentre amostra de sangue total, amostra de glóbulos vermelhos, amostra de creme leucocitário, amostra de plasma, amostra de soro, uma amostra de qualquer outra fração de sangue, ou qualquer combinação dos mesmos.
[053] A amostra corporal pode ser de qualquer criatura viva, mas preferivelmente de animais de sangue quente.
[054] Em algumas realizações, a amostra corporal é uma amostra de um mamífero.
[055] Em algumas realizações, a amostra corporal é obtida de um corpo humano.
[056] Em algumas outras realizações, a amostra é coletada de qualquer animal doméstico, animais de zoológico e animais de fazenda, incluindo, entre outros, cães, gatos, cavalos, vacas e ovelhas.
[057] Em algumas realizações, a amostra corporal pode ser coletada de animais que atuam como vetores de doença incluindo veados ou ratos.
[058] Em algumas outras realizações, a amostra é uma amostra ambiental, tal como, entre outras, amostra de água (por exemplo, águas subterrâneas), cotonete de superfície, amostra de solo, amostra de ar, ou qualquer combinação dos mesmos.
[059] Em algumas realizações, a amostra é uma amostra de alimento, tal como, entre outras, amostra de carne, amostra de produto lácteo, amostra de água, amostra de líquido de lavagem, amostra de bebida, e qualquer combinação dos mesmos.
[060] Como um primeiro estágio no método revelado neste documento, a amostra é corada com pelo menos dois corantes provendo, sob condições adequadas, duas áreas coradas distintas na amostra.
[061] Uma área corada pode ser definida, entre outras maneiras, em relação a, por exemplo, coloração de plano de fundo ou colateral. Por exemplo, um limiar baseado em intensidade, limiar baseado em contraste, detecção de borda, detecção de plano de fundo, normalização, ou combinação dos mesmos podem ser aplicados para definir a área corada. Além disso, a definição da área corada pode permitir, entre outros, fronteiras difusas, por exemplo, utilizando uma soma/integral ponderada por brilho.
[062] Em algumas realizações, tal como no caso de coloração de membrana, uma primeira área corada residindo dentro de uma segunda área corada pode ser definida incluindo um caso em que a primeira área reside dentro da área delimitada no interior da segunda área. Por exemplo, a coloração de membrana de glóbulos vermelhos do sangue pode resultar em uma segunda área corada que se assemelha a linhas estreitas ao redor da circunferência da célula (conforme vista em uma imagem de microscópio bidimensional); em tal caso, pode ser determinado que a primeira área reside dentro da dita segunda área se estiver enquadrada dentro da circunferência da célula corada.
[063] Em algumas realizações, a preparação de amostra microscópica padrão pode ser necessária para corar a amostra. Por exemplo, a preparação da amostra pode tirar proveito do método bem conhecido de esfregaço fino ou esfregaço espesso para preparação de esfregaço de sangue. Como um exemplo alternativo, uma gota da amostra é colocada no meio de um slide limpo junto com, antes ou depois de colocar o corante e uma lamínula é gentilmente colocada sobre a gota em um ângulo, com uma borda tocando a lamínula primeiro. O líquido é, em seguida, autorizado a se espalhar entre os dois pedaços de vidro sem aplicar pressão.
[064] Ao se referir a um corante, entende-se que engloba qualquer substância química ou biológica que é capaz de corar um componente de uma célula biológica, para melhorar o contraste e destacar estruturas do objeto corado, seja uma célula ou parte de uma célula. O corante pode ter uma preferência ou especificidade de classe, por exemplo, pode ter preferência ou especificidade para corar ácidos nucleicos e dentre o ácido nucleico, para DNA ou RNA, preferência a aminoácidos, a lipídios, carboidratos, etc.
[065] Ao se referir à preferência ou coloração predominante, deve ser entendido que o corante colore um outro componente celular em uma cor ou fluorescência específica que é pelo menos duas vezes, três vezes, quatro vezes ou mesmo 10 vezes maior em sua intensidade que sua intensidade de coloração de outro componente celular no mesmo espectro de cor ou fluorescência.
[066] Em algumas realizações, ao se referir à preferência ou coloração predominante, deve ser entendido que o corante possui afinidade (atração molecular) a um componente celular (no espectro de cor ou fluorescência específico) que é pelo menos duas vezes, três vezes, quatro vezes ou mesmo 10 vezes maior em sua afinidade a outro componente celular (no mesmo espectro de cor ou fluorescência).
[067] Em algumas realizações adicionais, ao se referir à preferência ou coloração predominante, deve ser entendido que a coloração de DNA pelo corante é estável ou possui mais estabilidade comparada com sua coloração de outros componentes. A estabilidade pode ser entendida como a coloração produzida pelo corante permanecer substancialmente consistente por pelo menos 30 minutos após ser trazida em contato com o corante, às vezes, pelo menos 1 hora, 2 horas ou mesmo 5 horas após coloração da amostra com o corante tendo preferência a DNA. Alternativamente, a estabilidade pode ser entendida como a coloração produzida pelo corante permanecer substancialmente consistente durante exposição à luz (por exemplo, luz utilizada para excitação por fluorescência) por pelo menos 0,25 segundos, 1 segundo ou mesmo 15 segundos de exposição.
[068] Neste contexto, deve ser entendido que o corante tendo preferência a DNA pode também corar outros componentes celulares mas com menor atração ou menor intensidade ou com uma diferente resposta de fluorescência (espectro de excitação e/ou espectro de emissão) de modo que permita maior aprimoramento do DNA, cujo corante possui preferência. Por exemplo, conforme será adicionalmente discutido abaixo, sob algumas condições, um corante pode predominantemente corar DNA, entretanto, sob algumas outras condições, o mesmo corante pode corar RNA.
[069] Da mesma forma, a coloração de um outro componente celular deve ser entendida englobando a coloração de um ou mais componentes celulares que são DNA. Isto pode também incluir a coloração de um ou mais componentes celulares além de DNA, mas sem preferência ou com menor preferência a coloração de DNA.
[070] Em algumas realizações, os corantes não são específicos a tipo de célula. Em outras palavras, o corante não é específico a um patógeno específico ou a um estágio específico do ciclo de vida de um patógeno específico ou a uma célula específica do hospedeiro sendo infectado com a mesma e irá corar um componente de célula independentemente de sua origem, por exemplo, uma sequência de DNA ou estrutura em si, uma sequência de RNA ou estrutura em si, proteína em si, etc.
[071] A existência de uma primeira área corada é determinada com base em diversos fatores que podem se referir, entre outros, à intensidade da coloração, ao formato da coloração, à variabilidade ou consistência da coloração, etc. Uma vez que é determinada a existência de uma primeira área corada, ela é atribuída à presença de DNA.
[072] O método também provê uma área corada de pelo menos um outro componente celular diferente de DNA. A área corada pode ser obtida pelo mesmo corante, sob diferentes condições ou pelo uso de um diferente corante.
[073] Sem ser limitado aos mesmos, o pelo menos um outro componente celular é selecionado do grupo que consiste em RNA, proteínas, lipídios, membrana, citoplasma, ribossomos, carboidratos, glucanos, glicoproteínas, retículos endoplasmáticos, ou qualquer combinação dos mesmos.
[074] Em algumas realizações, o pelo menos um outro componente celular é RNA.
[075] Há uma variedade de corantes que podem ser utilizados de acordo com a presente revelação. Em algumas realizações, o corante é um cromóforo ou fluoróforo.
[076] Corantes como a coloração Giemsa são conhecidos como cromogênicos - seu efeito é prover cor ou opacidade à amostra e são visíveis, por exemplo, em microscopia de campo claro.
[077] Em algumas realizações, o corante provê coloração fluorescente da amostra. A fluorescência é visualizada iluminando a amostra com um espectro de luz de "excitação", o que resulta em uma "emissão" em um espectro de luz distinto. Dentre as vantagens em potencial das colorações fluorescentes está o fato de que as regiões da amostra que não são coradas mostram como escuras ou quase escuras, assim, tipicamente provendo maior contraste entre as áreas coradas e não coradas do que colorações cromogênicas. O Laranja de Acridina (AO) é um exemplo de um corante utilizado para corar amostras biológicas com fluorescência.
[078] Em algumas realizações, o corante é um corante permeável em células.
[079] Sem ser limitado aos mesmos, um corante que predominantemente colore DNA pode ser qualquer membro do grupo que consiste em laranja de acridina (AO, N,N,N',N'-Tetrametilacridina-3,6-diamina, coloração verde), família Hoechst, DAPI (4',6-diamidino-2-fenilindol), brometo de etídio (brometo de 3,8-Diamino-5-etil-6-fenilfenantridínio), iodeto de propídio (iodeto metiodeto de 2,7-Diamino-9-fenil-10 (dietilaminopropil)-fenantrídio), família SYBR, YOYO, família DRAQ, família SYTO, família TOTO, ou qualquer combinação dos mesmos. Além disso, o corante compreende uma modificação química de qualquer um dos corantes acima mencionados que preserve sua preferência por DNA.
[080] Sem ser limitado aos mesmos, um corante que não colore DNA predominantemente pode ser qualquer membro do grupo que consiste em violeta cristal (Tris(4-(dimetilamino)fenil)cloreto de metílio), colorações de hematoxilina, colorações de eosina, Safranina (compostos azonium de 2,8-dimetil-3,7-diamino-fenazina simétrica), laranja de acridina (AO, N,N,N' ,N'-Tetrametilacridina-3,6-diamina, coloração com vermelho), colorações de ácido-Schiff, coloração de Masson, azul da Prússia, ou qualquer componente ou combinação dos mesmos. Muito mais colorações que não colorem predominantemente DNA são conhecidas na técnica.
[081] Corantes tal como AO provêm diferentes espectros de fluorescência para diferentes componentes celulares. Quando AO colore DNA em pH neutro, ele possui um máximo de excitação a 502 nm (ciano) e máximo de emissão a 525 nm (verde) ; quando colore RNA em pH neutro, o máximo de excitação muda para 460 nm (azul) e o máximo de emissão muda para 650 nm (vermelho) . Como tal, ele permite coloração diferencial entre DNA e RNA, dependendo do comprimento de onda de excitação e das condições da amostra.
[082] A família Hoechst de corantes é conhecida pela fórmula química C25H26N6R, com R representando uma variedade de possíveis substituintes, tal como, entre outros, OH (Hoechst 33258); -CH2CH3 (Hoechst 33342), -N(CH2)2 (Hoechst 34580), -SO2NH2 (Hoechst S769121).
[083] Em algumas realizações, o método envolve a coloração combinada com pelo menos dois corantes, o primeiro corante sendo um membro da família Hoechst e o segundo corante sendo laranja de acridina.
[084] Ao se referir a uma combinação de duas ou mais colorações, deve ser apreciado que as duas ou mais colorações podem ser adicionadas à amostra simultaneamente ou em sequência. Da mesma forma, as respectivas áreas coradas podem ser obtidas simultaneamente ou em sequência, contanto que exista um ponto no tempo que permita visualização de duas ou mais áreas coradas de maneira diferente na mesma amostra.
[085] Em uma realização, o método emprega uma combinação de AO com o corante permeável em membrana que é essencialmente específico a DNA nuclear (por exemplo, Hoechst 33342, rendendo emissão de azul).
[086] De acordo com esta realização, AO permite utilizar a emissão de vermelho ou uma combinação de emissões de vermelho e verde para corar o citoplasma do patógeno (e possivelmente o núcleo, mas sem interferir substancialmente com a coloração de Hoechst).
[087] Em algumas realizações, a combinação de AO e Hoechst permite a detecção de um parasita. De acordo com esta realização e sem se limitar à mesma, para a detecção de um parasita, tal como um membro da espécie Plasmodium, a concentração do reagente de Hoechst, tal como Hoechst 33342, pode ser 10µg/mL, mas outros possíveis valores podem ser utilizados também, por exemplo, na faixa de 3µg/mL a 250µg/mL; e AO pode ser utilizado em 1,5µg/mL, mas outros possíveis valores podem ser utilizados também, por exemplo, na faixa entre 0,2µg/mL e 125µg/mL.
[088] Em algumas realizações, a quantidade de AO e reagente de Hoechst a ser utilizada é determinada de modo a prover, na amostra biológica, uma proporção entre as mesmas. Portanto, a proporção de Hoechst:AO pode estar na faixa entre 50:1 e 1:1, às vezes, cerca de 7,5:1.
[089] Uma mesma proporção, ou similar, pode também ser aplicável para outras combinações de corante, um primeiro corante corando predominantemente DNA e o outro corante, um outro componente, conforme definido, a saber, uma relação entre o primeiro corante e outro corante na faixa entre 50:1 e 1:1.
[090] O AO pode, além disso, ou alternativamente, ser utilizado para corar, por exemplo, citoplasma de Plasmodium e/ou vacúolo alimentar, mas não o citoplasma do glóbulo vermelho do sangue (RBC) dentro do qual o parasita pode estar, permitindo que o corpo do parasita seja visto sem ser ofuscado por um RBC, mesmo se presente dentro do RBC.
[091] Concentrações apropriadas podem ser otimizadas em relação a fatores tal como a combinação de corante específica, duração desejada da incubação da coloração, brilho de cor ou fluorescência resultante, e caráter da coloração resultante.
[092] Em algumas realizações, o método revelado neste documento é aplicável para a detecção de uma infecção por um patógeno portando DNA. Como tal, pelo menos o primeiro corante colore pelo menos o DNA, se presente na amostra, para, assim, prover uma primeira área corada indicativa da presença do patógeno portando DNA na amostra.
[093] O patógeno pode ser um microrganismo infeccioso. Em algumas realizações, o patógeno é um parasita eucariótico. Ao se referir ao parasita eucariótico, no contexto da presente revelação, deve ser entendido englobar parasitas unicelulares e parasitas multicelulares, mas também fungos, tal como levedura (por exemplo, Candida) e Aspergillus.
[094] Em algumas realizações, os patógenos são bactérias. Isto inclui, por exemplo, e sem se limitar aos mesmos, Escherichia coli, Staphylococcus aureus, Microbacterium tuberculosis, Salmonella espécie, Borrelia espécie e Treponema pallidum e outras conhecidas.
[095] Em algumas realizações, o patógeno é um parasita eucariótico. De acordo com esta realização, o parasita pode ser um parasita unicelular, tal como protozoários. Isto inclui protozoários genitais, por exemplo, Trichomonas vaginalis, protozoários do sistema nervoso, por exemplo, Naegleria fowleri, protozoários fecais, por exemplo, Giardia lamblia, protozoários do sangue. Em algumas realizações, o patógeno pode ser um parasita multicelular, tal como Wuchereria bancrofti, Brugia malayi, Brugia timori, Mansonella streptocerca, ou Onchocerca volvulus.
[096] Em algumas realizações, o parasita é um protozoário selecionado dentre os gêneros que consistem em Trypanosoma (causador doença de Chagas e doença do sono africana); Plasmodium (causador da Malária); Toxoplasma (causador de Toxoplasmose); Babesia (causador de Babesiose).
[097] Especificamente, ao se referir a Plasmodium, deve ser entendido englobando pelo menos qualquer membro do grupo que consiste em Plasmodium falciparum (P. falciparum), Plasmodium vivax (P. vivax), Plasmodium ovale (P. ovale), Plasmodium malariae (P. malariae), e Plasmodium knowlesi (P.knowlesi).
[098] Em algumas realizações, o patógeno é entendido por significar um estágio específico do ciclo de vida de um patógeno específico ou grupo do mesmo. Por exemplo, a invenção revelada neste documento pode ser aplicada especificamente à detecção de trofozoítos, esquizontes ou gametócitos da espécie de Plasmodium ou P. falciparum em particular.
[099] Como pode ser apreciado, o método revelado neste documento pode ser aplicável para a detecção de múltiplos patógenos utilizando as mesmas condições e/ou na mesma amostra, por exemplo, mesma combinação de corantes, mesmas condições de testes, etc., bem como para a detecção de um patógeno em múltiplos estágios de seu ciclo de vida. Em algumas realizações, o método revelado neste documento pode determinar qual dos um ou mais dos múltiplos patógenos (ou estágios de vida) é o suspeito.
[0100] Em algumas realizações, o método revelado neste documento é para detectar infecção por Plasmodium em uma amostra do sangue humano, o método compreendendo:
[0101] - coloração da amostra do sangue humano com pelo menos dois corantes, sob condições que permitem pelo menos a coloração de DNA e pelo menos um outro componente celular sendo diferente de DNA;
[0102] - a identificação de pelo menos uma área corada compreendendo o DNA, se existir na amostra de sangue, e pelo menos uma outra área corada compreendendo um outro componente celular na amostra de sangue;
[0103] - a extração das características estruturais para a primeira área corada e a pelo menos outra área corada, as ditas características espaciais compreendendo o tamanho de pelo menos uma dentre a primeira área corada e uma outra área corada e um local da primeira área corada e a pelo menos outra área corada uma em relação à outra;
[0104] - determinação de valor ou combinação de valores sendo indicadores da presença de Plasmodium suspeito no sangue se uma primeira área corada foi identificada e as ditas características estruturais se enquadrarem dentro de limitações predeterminadas como caracterizante de uma infecção de patógeno.
[0105] Em algumas realizações referentes à determinação da presença de Plasmodium no sangue, o objeto corado é obtido pela coloração da amostra de sangue com uma combinação de laranja de acridina (AO) e corante de Hoechst, em particular, Hoechst 33342 com uma proporção de concentração entre AO e Hoechst 33342 na faixa de 1:50 a 1:1, às vezes, até mesmo na faixa de 1:75.
[0106] De acordo com a realização acima, o método é aplicável para detecção de infecção da malária em uma amostra do sangue humano.
[0107] Uma vez que a amostra é corada com um ou mais corantes, pelo menos um objeto corado é obtido e o método em seguida envolve a seleção de pelo menos um objeto corado na amostra e obtenção de características estruturais ou espaciais do objeto corado.
[0108] Ao se referir a características espaciais ou estruturais de um objeto corado, deve ser entendido englobar qualquer característica mensurável das áreas coradas no objeto corado selecionado. As características podem ser apresentadas como um valor discreto ou uma faixa de valores caracterizando a área corada.
[0109] Em algumas realizações, as características estruturais incluem pelo menos um dentre o tamanho (por exemplo, dimensão, comprimento, circunferência, largura mínima, largura máxima ou área) das áreas coradas e/ou o local da primeira área corada em relação ao local da outra área ou áreas corada(s). Em outras palavras, o método pode ser realizado com base, pelo menos, na determinação das dimensões, por exemplo, área das áreas coradas, ou no local da primeira área corada em relação ao local da outra área ou áreas corada(s). Estas características podem ser combinadas também com uma ou mais características adicionais.
[0110] As características estruturais adicionais podem incluir, entre outras, formato da(s) área(s) corada(s), padrão de movimento da(s) área(s) corada(s), intensidade da(s) área(s) corada(s), cor da área corada, textura (contorno) da área corada, nitidez da fronteira da área corada, padrão de coloração em intensidade ou cor, sobreposição da área corada com outras áreas coradas ou características de imagem, tamanho relativo da área corada a outras áreas coradas ou características de imagem, proximidade ou contato da área corada a outras áreas coradas ou características de imagem
[0111] Em algumas realizações, a amostra corporal é uma amostra de sangue.
[0112] Em algumas realizações, o patógeno é um parasita do sangue.
[0113] Em algumas realizações, a amostra corporal é sangue humano e o patógeno é espécie Plasmodium responsável pela malária humana, tal como os selecionados do grupo que consiste em P. falciparum, P. vivax, P. ovale e P. malariae.
[0114] Quando a amostra corporal é uma amostra do sangue, a extração de características estruturais compreende a seleção de um objeto corado na amostra do sangue que compreende a primeira área corada e a pelo menos uma outra área corada.
[0115] Com base nas áreas coradas e na análise das características estruturais, uma alta probabilidade da amostra ser infectada com um patógeno suspeito é determinada. Assim, no contexto da presente revelação, ao se referir à determinação de presença de um patógeno ou patógeno suspeito, deve ser entendido que qualquer um dos seguintes é determinado:
[0116] que um ou mais patógenos suspeitos estão presentes na amostra;
[0117] que um ou mais patógenos suspeitos estão presentes na amostra em níveis de confiança acima de um limiar predefinido; os níveis de confiança podem aumentar ou uma determinação final da presença de um patógeno suspeito pode exigir uma ou mais etapas de análise adicionais.
[0118] que um ou mais patógenos suspeitos podem estar presentes na amostra com pontuações ou probabilidades de confiança determinadas ou estimadas que estão disponíveis para etapas de análise adicionais
[0119] De acordo com algumas realizações, é determinado que um patógeno suspeito está presente na amostra se uma primeira área corada é identificada (sendo indicativa da presença de DNA na amostra), e a primeira área corada faz divisa com, está em proximidade a, ou reside dentro da uma outra área corada e o tamanho de pelo menos uma dentre a primeira coloração, isto é, a área contendo DNA, e da outra coloração está dentro de uma faixa predeterminada. Por exemplo, uma área contendo DNA muitas vezes reside próxima de uma área corada para RNA, que existe no citoplasma.
[0120] De acordo com algumas outras realizações, é determinado que o patógeno suspeito está presente na amostra se uma primeira área corada é identificada (novamente, sendo indicativa da presença de DNA na amostra) e o tamanho da primeira área corada satisfaz uma relação predeterminada em relação ao tamanho da uma área corada. Este critério pode ser utilizado, por exemplo, para diferenciar parasitas eucarióticos de bactérias: em células eucarióticas, a área predominantemente corada para DNA deveria ser menor que uma coloração citoplasmática, indicando um núcleo distinto que não está presente em bactérias.
[0121] De acordo com algumas outras realizações, a presença de um patógeno é determinada se uma primeira área corada for identificada e as dimensões ou área da primeira área corada estiverem dentro de uma faixa de valores predeterminados a serem associados ao patógeno específico ou com um estágio específico do ciclo de vida de um patógeno específico. Por exemplo, se o patógeno foi o causador da malária (isto é, Plasmodium), a área da primeira área corada tipicamente não estaria abaixo de 0,2m ou acima de 20pm ou estaria na faixa de 0.2µm2 a 20µm2. Em algumas realizações, a área da primeira área corada na detecção de Plasmodium não estaria abaixo de 0.8µm2 ou acima de 13µm2 ou estaria dentro da faixa de 0.8µm2 a 13µm2.
[0122] De acordo com algumas outras realizações, a presença de um patógeno é determinada na amostra se uma primeira área corada for identificada e as áreas da uma outra área corada estiverem dentro de uma faixa de valores predeterminados a serem associados ao patógeno específico ou um estágio específico do ciclo de vida de um patógeno específico. Por exemplo, se o patógeno foi o causador da malária (isto é, Plasmodium), a área, por exemplo, um citoplasma, da outra área corada tipicamente não estaria abaixo de 0,8µm2 ou acima de 65µm2 ou estaria na faixa de 0,8µm2 a 65µm2. Em algumas realizações para detectar infecção de malária, a área da outra área corada não está abaixo de 1,6µm2 ou não excede 40µm2 ou está na faixa de 1,6µm2 a 40µm2.
[0123] Considerando as características acima, entende-se que, de acordo com algumas realizações da presente revelação, a área específica da primeira área corada não pode exceder a área específica da outra área corada. Da mesma forma, as dimensões da primeira área corada devem ser estatisticamente significativamente (por exemplo, por teste t) menores que as dimensões da outra área corada.
[0124] Em algumas outras realizações, a presença de um patógeno suspeito é determinada na amostra se uma primeira área corada for identificada e a primeira área corada ocupar uma % de volume predeterminada de todas as outras áreas coradas. Por exemplo, ao se referir a malária, a primeira área corada tipicamente ocuparia entre 12% e 60% da dita uma outra área corada.
[0125] De acordo com algumas outras realizações, a presença de um patógeno suspeito é determinada na amostra se uma primeira área corada for identificada e a primeira área corada e a uma outra área corada possuem formatos predeterminados. Por exemplo, o estágio de triptomastigotas de Trypanosoma brucei é conhecido por ter um formato alongado, semelhante a eixo. Outros formatos podem incluir, entre outros, propriedades de espiral, oval, alongada e esférica.
[0126] De acordo com algumas realizações, a presença de um patógeno suspeito é determinada na amostra se uma primeira área corada for identificada e a primeira área corada possuir uma variabilidade em intensidades que está acima de um limiar predeterminado. A variabilidade de intensidades pode aparecer como um agrupamento de mais de uma área corada com a primeira coloração (pluralidade da primeira área corada) ou como uma primeira área corada de formato irregular tendo diferentes tons de cor ou fluorescência. Isto pode refletir, por exemplo, em um estágio mononucleado no desenvolvimento de um protozoário, tal como esquizontes de Plasmodium.
[0127] Além disso, de acordo com algumas realizações, a presença de um patógeno suspeito é determinada se uma primeira área corada for identificada e o padrão de direcionalidade e/ou velocidade de movimento) do objeto corado corresponder a um padrão predeterminado estando associado ao patógeno suspeito. Por exemplo, ao considerar Trypanosoma brucei, espera-se que seu movimento (mobilidade) ocorra em um padrão característico. Como tal, quando a amostra é corada com coloração por AO e Hoechst, o movimento da área corada com AO pode ser analisado para confirmar uma correspondência ou uma correlação esperada com o padrão esperado.
[0128] Em ainda outras realizações, a presença de um patógeno suspeito é determinada se, durante o movimento do objeto corado, a primeira área corada é mantida dentro dos limites da outra área corada. Assim, ao se referir ao exemplo acima com Trypanosoma brucei, o movimento da área corada com Hoechst pode ser analisado para garantir que um suposto núcleo permanece em todos os momentos dentro da área corada com AO móvel.
[0129] As características estruturais podem ser determinadas simplesmente visualizando a amostra, entretanto, em algumas realizações, elas são preferivelmente determinadas com base em uma ou mais imagens ópticas da amostra. Assim, de acordo com algumas realizações, o método compreende a captura de pelo menos uma imagem óptica do objeto corado e a extração das características estruturais da pelo menos uma imagem óptica.
[0130] Às vezes, particularmente, quando o parâmetro estrutural inclui o movimento do objeto corado, mais de uma imagem óptica são capturadas e o parâmetro estrutural do movimento é determinado com base em uma sequência de imagens no tempo.
[0131] É desnecessário dizer que quanto mais acumuladas (ou coletadas) as informações de parâmetro(s) estrutural(is) do objeto corado, mais precisa pode ser a determinação e a identificação de um patógeno na mesma amostra.
[0132] As características estruturais podem ser analisadas manualmente, ou pelo uso de um sistema dedicado para permitir uma detecção e/ou identificação automatizada e, como tal, relativamente rápida do patógeno na amostra corporal. O resultado da análise pode obter uma indicação Sim/Não da presença de um patógeno, uma indicação probabilística da presença de um patógeno, imagens de um patógeno suspeito para análise adicional (manual ou automática) e/ou pode prover um resultado mais específico, incluindo o tipo do patógeno, nível de invenção (contagem/µl), etc.
[0133] O uso de um sistema automatizado pode ser de significância, não apenas para superar erros humanos na análise dos objetos corados na amostra e economizar tempo e mão-de-obra, mas também uma vez que certos componentes de uma amostra corporal pode não corar imediatamente e/ou o grau de coloração pode variar significativamente ao longo do tempo, como é o caso às vezes com Hoechst 33342 corando células do sangue contaminadas. Consequentemente, as características da imagem podem variar dependendo do quão rápido a amostra é analisada. Como tal, há uma vantagem em ter um sistema automatizado permitindo a aquisição de imagem e análise da amostra corada rápida, ou até mesmo quase instantânea.
[0134] Assim, de acordo com um aspecto adicional da presente revelação, é provido um sistema compreendendo:
[0135] - um componente de captura de imagem configurado e operável para capturar pelo menos uma imagem óptica de uma área corada em uma amostra, a área corada compreendendo uma primeira área corada correspondente predominantemente a DNA e pelo menos uma outra área corada correspondente a pelo menos um outro componente celular sendo diferente de DNA;
[0136] - uma unidade de processamento de imagem configurada para extrair características estruturais da dita pelo menos primeira área corada e dita uma outra área corada, as ditas características estruturais compreendendo pelo menos o tamanho de pelo menos uma dentre a dita primeira área corada, e uma outra área corada; e um local da primeira área corada e da dita outra área corada, uma em relação à outra; e determinar que um patógeno está presente na amostra, se uma primeira área corada é identificada e as características estruturais se conformarem a características estruturais predeterminadas como caracterizante de uma infecção por patógeno.
[0137] Em algumas realizações, o sistema também inclui uma unidade de saída para prover uma saída compreendendo um valor ou uma combinação de valores sendo indicativa da presença ou ausência dos patógenos suspeitos na amostra.
[0138] Em algumas realizações, o sistema é preferivelmente baseado em computador utilizando um conjunto de parâmetros armazenados no mesmo e correspondentes a, entre outras coisas, características estruturais associadas a pelo menos um patógeno definido. Os parâmetros podem, por exemplo, incluir valores ou faixas de valores esperados das características estruturais, associados a um patógeno, ou parâmetros que controlam a execução de algoritmos de aprendizagem de máquina ou análise de dados. Os parâmetros podem ser derivados de informações coletadas a priori ou simultaneamente obtidas com base em amostras de referência incluindo patógenos predeterminados.
[0139] Os parâmetros podem também compreender informações referentes ao comportamento de um patógeno, ou célula infectada com um patógeno, tal como motilidade e variações em características dependendo do estágio específico do ciclo de vida de um patógeno específico.
[0140] Os parâmetros podem também compreender informações referentes a condições a serem utilizadas para a detecção de um patógeno em um tipo de amostra corporal, por exemplo, na amostra do sangue, informações estatísticas referentes a qualidades de coloração e variabilidade de um conjunto de corantes a serem utilizados para um fluido corporal específico, combinações de corantes ou combinações de condições alternativas, etc.
[0141] Em algumas realizações, o conjunto de parâmetros armazenados compreende parâmetros associados a uma pluralidade de patógenos. Em algumas realizações, o conjunto de parâmetros armazenados compreende parâmetros que se associaram à determinação de qual dos um ou mais patógenos é o suspeito.
[0142] Em algumas realizações, o conjunto de parâmetros é associado a patógenos transmitidos pelo sangue. Em algumas outras realizações, o conjunto de parâmetros é associado a parasitas do sangue. Em algumas realizações específicas, o conjunto de parâmetros é associado a patógenos que abrigam sangue humano, em particular, de, uma espécie de Plasmodium responsável pela malária humana, tal como as selecionadas do grupo que consiste em P. falciparum, P. vivax, P. ovale e P. malariae.
[0143] Também é provida pela presente revelação uma unidade de processamento de imagem para identificar um patógeno em uma amostra, compreendendo:
[0144] - módulo de entrada configurado e operável para receber (imagem) dados correspondentes ao objeto corado na amostra compreendendo pelo menos uma primeira área corada correspondente predominantemente a DNA e pelo menos uma outra área corada correspondente a pelo menos um outro componente celular diferente de DNA, e
[0145] - uma unidade de processamento de imagem configurada e operável para processar os dados correspondentes ao objeto corado, o processamento compreende:
[0146] - a extração de características estruturais para pelo menos a primeira área corada e a uma outra área corada no objeto corado, as ditas características estruturais compreendendo pelo menos um dentre (i) tamanho de pelo menos uma dentre a primeira e as outras áreas coradas e (ii) local da dita primeira área corada e da dita outra área corada, uma em relação à outra; e
[0147] - a provisão de um valor ou combinação de valores sendo indicadores da presença ou ausência de um patógeno na amostra, se as ditas características estruturais se conformarem a características estruturais predeterminadas como caracterizante de um patógeno suspeito.
[0148] Diversos modos de operação podem ser utilizados em relação ao sistema e a unidade de processamento de imagem. Sistemas automatizados, bem como manuais e semiautomatizados, podem ser empregados.
[0149] Em relação ao sistema, o componente de captura de imagem pode ser qualquer dispositivo configurado e operável para adquirir pelo menos uma imagem óptica do objeto corado sendo selecionado, por exemplo, uma câmera CCD ou CMOS. O componente de captura de imagem pode ser equipado com funcionalidades convencionais, tal como funcionalidades de foco. O componente de captura de imagem pode também incluir lentes, abertura e obturador.
[0150] O componente de captura de imagem provê dados de imagem para processar pela unidade de processamento de imagem. Os dados de imagem no contexto de análise de imagem é baseado em um conjunto de informações de pixels que essencialmente cobrem uma ou mais Regiões de Interesse (ROI).
[0151] Os dados de imagem tipicamente incluindo informações de pixel podem ser apresentados em qualquer formato disponível, incluindo, entre outros, Tagged Image File Format (TIFF), Joint Photographic Experts Group (JPEG), Graphic Image Format (GIF), Portable Network Graphics (PNG), Portable Document Format (PDF), bitmap (BMP), e dados de sensor de imagem brutos. Os dados de imagem podem estar em um formato de dados comprimido ou em um formato de dados não comprimido; podem se referir a qualquer escala de cinza ou de cores; podem incluir dados de bitmap, ou uma porção de um arquivo de bitmap contendo dados de bitmap.
[0152] Uma vez que uma ou mais imagens são capturadas, elas são processadas pela unidade de processamento de imagem. O processamento pela unidade de processamento é configurada e operável para prover um ou mais valores de características estruturais das áreas coradas. Em outras palavras, com base nas técnicas de análise de imagem, diversos valores de saída referentes a características estruturais das áreas coradas são determinadas, que podem permitir a identificação da presença ou ausência do patógeno suspeito na amostra ou estimativa da probabilidade de presença na mesma. Os valores podem incluir as dimensões de uma ou mais áreas coradas na ROI, a relação entre as áreas coradas, e/ou médias, composição ou estatística de valores referentes a características estruturais. O processamento pode incluir, em algumas realizações, a análise dos um ou mais valores ou combinação de valores correspondente a características estruturais em relação aos parâmetros (por exemplo, valores ou faixas de valores ou pesos de aprendizado de máquina apropriados) que foram a priori determinados para caracterizar um ou mais patógenos, ou diferenças entre os mesmos.
[0153] A análise de imagem pode ser baseada em uma ou mais das práticas comuns, tal como detecção de contorno, derivados de parâmetro de imagem, detecção de formato, reconstrução de imagem, segmentação, diferenciação de imagem, correspondência de padrão, filtragem adaptada, aprendizagem de máquina e hashing geométrico.
[0154] O processamento de dados pela unidade de processamento de imagem pode utilizar um módulo de classificação. O módulo de classificação pode ser provido de pelo menos um parâmetro estrutural previamente determinado para um patógeno. O módulo de classificação pode analisar as características estruturais providas e deduzir uma seleção de possíveis patógenos identificados. A título de ilustração, um classificador pode identificar uma pluralidade de possíveis patógenos ou um único tipo de patógeno.
[0155] Em realizações específicas, as características estruturais determinadas são associadas a um patógeno esperado e estas são analisadas em relação aos parâmetros predefinidos.
[0156] Deve ser observado que a identificação de um único patógeno pode ser um processo complexo que inclui diferentes combinações de características. Portanto, características estruturais determinadas após o uso de uma combinação específica de corantes pode ser utilizadas como critérios para análise posterior de uma combinação adicional de corantes. Por exemplo, características estruturais identificadas em uma análise anterior podem ser utilizadas para continuar o processo de identificação enquanto se foca em um subconjunto de possíveis combinações de corantes. Por exemplo, em um nível de família biológico de identificação de um patógeno, os resultados de análises anteriores podem prover uma lista de seleção de possível(is) melhor(es) filtro(s) a ser(em) utilizado(s) em uma próxima rodada de análise.
[0157] Em algumas realizações, a análise de imagem e a determinação da presença de patógenos suspeitos ou um valor ou valores indicativos com a presença de patógenos suspeitos podem tirar proveito de um ou mais algoritmos de aprendizagem de máquina, que operam em uma pluralidade de características estruturais ou valores relacionados. Tais algoritmos incluem, entre outros, Support Vector Machines (SVM), redes neurais artificiais, classificadores Naive Bayes, redes Bayesianas, árvores de decisão, algoritmos de vizinho mais próximo, florestas aleatórias, Boosting, análise de regressão, classificadores lineares, classificadores quadráticos, k-vizinhos mais próximos, modelos de Markov ocultos e qualquer combinação dos mesmos. O resultado dos um ou mais algoritmos de aprendizagem de máquina pode compreender um ou mais dentre pontuação de confiança, probabilidades e/ou decisões sim/não.
[0158] Conforme apreciado, quanto mais características determinadas na análise - mais preciso é o processo de identificação. Ao utilizar uma pluralidade de corantes para induzir uma pluralidade de características estruturais, o risco de erro de detecção ou erro de classificação é reduzido. Entretanto, características adicionais podem também corresponder a maior carga computacional ou operacional. Algumas realizações se esforçam para equilibrar o benefício adicional de características adicionais com as desvantagens de carga associadas.
[0159] Com base no valor ou na combinação de valores obtidos pela análise, diversas decisões são feitas pela unidade de processamento quanto à presença ou ausência de um patógeno na amostra, incluindo, às vezes, o tipo do patógeno (identificação qualitativa) e/ou a quantidade (identificação quantitativa) do patógeno na amostra.
[0160] A unidade de processamento também é configurada para se comunicar com uma unidade de saída. Assim, com base no valor ou valores de saída das características estruturais determinados pela unidade de processamento, um sinal de saída ou sinais de saída indicativos da presença ou ausência de pelo menos um patógeno e, em algumas realizações, o tipo do patógeno, na imagem adquirida são providos por uma unidade de saída.
[0161] A saída pode ser provida em qualquer forma aceitável, incluindo um gráfico, gráfico ou texto exibido em um monitor de uma unidade de controle, uma impressão, como uma mensagem de voz, ou uma tela de smartphone do usuário, para aceitar dados processados da unidade de processamento e exibir informações referentes às características estruturais obtidas e/ou valores associados determinando a presença e opcionalmente a identidade de uma infecção patogênica, utilizando listas, tabelas, gráficos, etc. Um monitor pode ser conectado a uma impressora para imprimir a saída.
[0162] A unidade de processamento pode também incluir um módulo de interface de usuário, por exemplo, um teclado, ou uma tela de toque para permitir que um técnico realize o método de algumas realizações da invenção, para controlar a operação do sistema, incluindo, entre outras coisas, dados de entrada em relação à fonte do fluido corporal examinado, data, local, etc.) condições de operação do sistema, tipos de corantes utilizados, número de imagens a serem obtidas, intervalo de tempo entre imagens, etc.
[0163] Às vezes, a análise de imagem pode também envolver ajuste ou normalização de brilho da imagem com base no grau de coloração da amostra. Estes podem ser baseados, por exemplo, na identificação de um ou mais dentre os valores de pixel mais claros e mais escuros na imagem ou conjunto de imagens (por exemplo, correspondentes a uma amostra específica), brilho médio da área mais clara e/ou mais escura, e/ou histograma da imagem. Tais características podem ser extraídas de uma imagem representativa (não necessariamente a imagem sendo normalizada) ou de análise estatística de múltiplas imagens. As características utilizadas para normalização podem ser baseadas em uma única imagem ou em múltiplas imagens, que podem ser capturadas utilizando diferentes comprimentos de onda de excitação (como em AO provendo diferentes cores sob diferentes comprimentos de onda de iluminação).
[0164] O brilho da imagem pode também ser ajustado utilizando outros meios de controle, tal como o componente de captura de imagem tempo de exposição e/ou brilho da iluminação.
[0165] Além disso, as condições de operação do sistema podem permitir a temporização da aquisição da imagem, por exemplo, para permitir tempo de incubação suficiente com os um ou mais corantes, bem como a operação com diferentes configurações ópticas de comprimentos de onda de excitação e/ou emissão, para capturar a imagem da amostra corada em diversos espectros de cores ou fluorescência.
[0166] Para capturar a imagem da amostra corada em diversos espectros de cores ou fluorescência, mudanças em excitação podem ser atingidas mudando a cor da iluminação. Isto pode ser feito, por exemplo, provendo duas ou mais fontes de luz (por exemplo, para AO, luz de LED UV em 365nm e luz de LED azul a 475nm) e combinando-as opticamente (por exemplo, utilizando um espelho dicroico ou grade).
[0167] Em outro exemplo, uma única fonte de iluminação (por exemplo, luz de LED UV em 365nm) pode ser utilizada para excitar dois corantes simultaneamente, e um ou mais filtros ópticos são movidos para dentro ou fora do caminho óptico para selecionar os comprimentos de onda de emissão relevantes. Outros conjuntos de corante podem ser simultaneamente excitados utilizando a mesma iluminação incidente descrita aqui, mesmo se um u mais dos corantes forem excitados de maneira não ideal. Como exemplo, AO pode ser analogamente co-excitado com "uma coloração de Hoechst, colorações de DAPI e DRAQ.
[0168] Em ainda outro exemplo, uma única fonte de iluminação (por exemplo, luz de LED UV em 365nm) pode ser utilizada para excitar dois ou mais corantes simultaneamente, e o caminho óptico de emissão é dividido de modo que as duas ou mais emissões são capturadas em dois ou mais componentes de captura de imagem.
[0169] Em ainda outro exemplo, um sensor de aquisição de imagem em cores é utilizado para simultaneamente capturar dois ou mais sinais de fluorescência. O uso de um sensor de aquisição de imagem pode, por exemplo, evitar a necessidade de um ou mais filtros ópticos que são movidos para dentro ou para fora do caminho óptico para selecionar o comprimento de onda relevante.
[0170] No contexto da presente revelação, diversas fontes de iluminação podem ser utilizadas, estas incluem, entre outras, as que provêm luz branca (como em microscopia de luz brilhante), luz UV, luz azul, luz verde, luz amarela, luz vermelha, combinações das mesmas, ou qualquer luz aplicável para excitar um ou mais dos corantes utilizados para coloração.
[0171] Os componentes do sistema, a saber, o componente de captura de imagem, a unidade de processamento, a unidade de saída, etc., podem ser conectados diretamente uns aos outros (por exemplo, diretamente por um fio) ou um ou mais dos componentes podem estar remotos de um ou mais outros componentes. Por exemplo, o dispositivo de captura de imagem pode enviar dados a uma unidade de processamento por uma intranet ou pela internet, para permitir o processamento em um local remoto.
[0172] Um exemplo de um sistema que pode ser utilizado para realizar o método da presente revelação é descrito na publicação de pedido de patente PCT n° WO 2012/090198, o conteúdo da qual é incorporada a este documento, na íntegra, por referência.
[0173] A unidade de processamento é tipicamente operável ao executar um programa dedicado de instruções (por exemplo, aplicativo de software) que realiza a análise e o armazenamento de dados de entrada. O aplicativo de software pode ser incorporado em um dispositivo de armazenamento de programa legível por máquina, tal como um CD ou um disco de memória.
[0174] Em conformidade com o acima exposto, a presente invenção provê um dispositivo de armazenamento de programa legível por máquina, tangivelmente incorporando o programa de instruções executáveis pela máquina para realizar um método de detectar uma infecção de patógeno em uma amostra, o método compreendendo:
[0175] - a coloração da dita amostra de fluido com dois ou mais corantes, os ditos dois ou mais corantes provendo coloração diferencial de pelo menos DNA e pelo menos um outro componente celular sendo diferente de DNA;
[0176] - a identificação pelo menos de uma primeira área corada correspondente predominantemente a DNA e pelo menos uma outra área corada correspondente ao pelo menos um outro componente celular;
[0177] - a extração das características estruturais para pelo menos uma primeira área corada e a outra área corada, as ditas características estruturais compreendendo pelo menos o tamanho de pelo menos uma dentre a primeira e uma outra áreas coradas e um local da dita primeira área corada e a dita uma outra área corada uma em relação à outra;
[0178] - a determinação de um valor ou combinação de valores sendo indicadores da presença de um patógeno na amostra, se as ditas características estruturais corresponderem a características estruturais predeterminadas como caracterizante de uma infecção de patógeno.
[0179] Além disso, a presente revelação provê um produto de programa de computador compreendendo um meio utilizável por computador tendo código de programa legível por computador incorporado no mesmo para detectar uma infecção de patógeno em uma amostra corporal sendo corada com dois ou mais corantes, o produto de programa de computador compreendendo:
[0180] código de programa legível por computador para fazer com que o computador identifique em um objeto corado dentro da amostra corporal;
[0181] código de programa legível por computador para fazer com que o computador identifique no objeto corado pelo menos de uma primeira área corada correspondente predominantemente a DNA e pelo menos uma outra área corada correspondente a pelo menos um outro componente celular diferente de DNA;
[0182] código de programa legível por computador para fazer com que o computador extraia características estruturais para pelo menos uma primeira área corada e uma outra área corada, as ditas características estruturais compreendendo pelo menos o tamanho de pelo menos uma dentre a primeira e uma outra áreas coradas e um local da dita primeira área corada e a dita uma outra área corada uma em relação à outra;
[0183] código de programa legível por computador para fazer com que o computador determine um valor ou combinação de valores sendo indicadores da presença de um patógeno suspeito na amostra, se as ditas características estruturais corresponderem a características estruturais predeterminadas como caracterizante de a infecção de patógeno.
[0184] Por fim, a presente revelação provê um kit compreendendo:
[0185] - um primeiro corante predominantemente corando DNA;
[0186] - um segundo corante para corar pelo menos um outro componente celular sendo diferente de DNA;
[0187] - instruções para uso do primeiro corante e do segundo corante para determinar a presença de um patógeno suspeito em uma amostra corporal.
[0188] De acordo com este aspecto, o primeiro e o segundo corantes podem ser providos em uma única composição ou em uma primeira composição compreendendo o primeiro corante e uma segunda composição compreendendo o segundo corante. A primeira e a segunda composições, cada uma, compreendem, além do corante, um veículo adequado para uso na coloração da amostra corporal com os respectivos corantes.
[0189] O kit revelado neste documento deve ser utilizado para realizar cada uma das etapas e condições do método revelado neste documento.
[0190] Em algumas realizações, o primeiro corante compreende um corante de Hoechst. Em algumas realizações, o segundo corante compreende laranja de acridina.
[0191] Em algumas realizações, o kit compreende instruções para a provisão da amostra corporal com o primeiro corante e o segundo corante em uma relação na faixa entre 50:1 e 1:1.
[0192] Em algumas realizações, o primeiro corante compreende corante de Hoechst, especificamente Hoechst 33342 e o segundo corante compreende AO, a concentração do primeiro corante está na faixa entre 3µg/mL e 250µg/mL; e a concentração de AO está na faixa entre 0,2µg/mL e 125µg/mL.
[0193] Em algumas outras realizações, o primeiro corante compreende corante de Hoechst, especificamente Hoechst 33342 e o segundo corante compreende AO, a concentração do Hoechst 33342 é cerca de 10µg/mL e a concentração de AO é cerca de 1,5µg/mL.
[0194] Em algumas realizações, o primeiro e o segundo corantes podem ser combinados com um tampão adequado, tal como, entre outros, um compreendendo tampão de Tris-EDTA 1%, DDW 4,5% e solução salina 92,5%.
[0195] Sem desejar vínculo com teoria, é possível que a coloração por AO/Hoechst provou coloração mais robusta e estável, o que permitiu a visão de máquina rápida e eficiente da amostra corada. Isto permitir a aquisição de imagem de uma maior quantidade de sangue do que pode ser examinado sob um microscópio em métodos convencionais, o que, por sua vez, proveu maior sensibilidade em parasitemia baixa. Também é possível (além de, ou alternativamente) que um ou mais dos critérios de análise aplicados proveram resultados de confiança que não são dependentes no fator humano.
[0196] Algumas realizações da presente revelação agora serão exemplificadas na seguinte descrição de exemplos não limitativos que foram realizados de acordo com o método revelado. Deve ser entendido que estes exemplos se destinam a estar na natureza de ilustração em vez de limitação. Obviamente, muitas modificações e variações destes exemplos são possíveis à luz do ensinamento acima. Portanto, deve ser entendido que, dentro do escopo das reivindicações anexas, a invenção pode ser praticada de outra maneira, em uma miríade de formas possíveis, do que o especificamente descrito abaixo.
[0197] Uma amostra de sangue obtida de um indivíduo humano sendo identificada tendo infecção por malária foi corada com uma solução de corante compreendendo Laranja de Acridina 2µg/ml, Hoechst 33342 15µg/ml, tampão de Tris-EDTA 1%, DDW 4,5% e solução salina 92,5%.
[0198] Após a coloração, foram obtidas imagens das amostras utilizando uma diferente cor de iluminação, utilizando luz de LED UV em 365nm para digitalizar a coloração por AO e luz de LED azul em 475nm, para digitalizar a coloração por Hoechst). A amostra foi também digitalizada no campo brilhante (iluminando com luz branca).
[0199] As imagens resultantes são providas na Figura 1A-1F, com as Figuras 1A-1C sendo obtidas de uma amostra de glóbulos brancos do sangue, e as Figuras 1D-1F sendo obtidas de amostra de glóbulos vermelhos infectados com malária.
[0200] Especificamente, a Figura 1A mostra na imagem de campo de luz brilhante, que mostra as fronteiras (a membrana mostrada pela seta na Figura 1A) de uma célula branca e que a área de coloração de DNA (seta na Figura 1B) e da outra área corada de componente (neste caso, o citoplasma mostrado na seta na Figura 1C) têm dimensões que são típicas a um glóbulo branco do sangue (ambas as colorações de DNA e RNA sendo maiores que o típico para um parasita de Plasmodium).
[0201] Entretanto, as Figuras 1D-1F mostram que a primeira área corada (DNA, mostrada pela seta, Figura 1E) e a segunda área corada (RNA, mancha branca na Figura 1F) são muito menores que os limites da célula (conforme mostrado pela seta na Figura 1D), sendo indicativo de uma infecção do glóbulo vermelho do sangue anucleado.
[0202] Notavelmente, em uma amostra não infectada, nenhuma área corada correspondente às mostradas na Figura 1E e na Figura 1F é obtida.
[0203] Estes resultados mostram que, através da coloração com pelo menos dois corantes, um predominantemente corando DNA (neste caso específico, Hoechst 33342), é possível identificar infecção por Plasmodium em um glóbulo vermelho do sangue.
[0204] Neste estudo, um grupo de 200 amostras de sangue foi testado de acordo com uma realização da presente revelação. Dentre estas amostras de sangue, 100 foram determinadas positivas para malária utilizando coloração de Giemsa com base em metodologia de microscópio padrão e 100 sendo determinadas negativas. Uma duplicata de cada uma das 200 amostras foi corada com uma solução de corante para ter uma concentração final na amostra testada de 2pg/ml de Laranja de Acridina e 15µg/ml de Hoechst 33342 e, em seguida, analisada utilizando visão de máquina automatizada sob campo brilhante, luz UV e luz azul, essencialmente conforme descrito acima. Os resultados mostraram que mais de 97% das amostras que foram identificadas como infectadas sob o método convencional foram também identificadas como tais utilizando a coloração com AO/Hoechst. Dentre as 100 amostras que foram consideradas saudáveis utilizando a coloração com Giemsa convencional, 93 foram confirmadas utilizando a coloração com AO/Hoechst, mas sete amostras foram identificadas como infectadas. Estas sete foram, em seguida, novamente analisadas utilizando reagente de Giemsa (repetindo tanto coloração quanto microscopia com uma nova amostra do mesmo doador ou por microscopia adicional da preparação original que deu origem ao resultado negativo) . Em todos os sete casos, foi confirmado que, realmente, elas estafam infectadas, mas aparentemente em uma parasitemia baixa abaixo de 1.000 parasitas/μl.
[0205] O acima disposto mostra que não só o método revelado neste documento permite a detecção (mesmo por visão de máquina) de infecção com um alto nível de confiança (acima de 97%), mas também quando a contagem de parasitas é muito baixa (baixa parasitemia), mesmo abaixo de 1.000 parasitas por μl, ou abaixo de 500 parasitas por μl e até mesmo em 20 parasitas/μl.
Claims (6)
- MÉTODO DE DETECTAR UMA INFECÇÃO POR PLASMÓDIUM EM UMA AMOSTRA DE SANGUE, o método caracterizado por compreender:
- - a coloração da dita amostra de sangue com pelo menos corante Hoechst e corante laranja de acridina;
- - a aquisição de uma ou mais imagens ópticas da amostra; dentro de uma ou mais imagens ópticas, identificação de pelo menos uma área corada que é corada pelo corante Hoechst, e pelo menos uma outra área corada que é corada pelo corante laranja de acridina; e
- - identificação da amostra de sangue como sendo infectada por plasmodium, identificando, dentro de uma ou mais imagens ópticas, pelo menos uma dentre:
um objeto corado compreendendo a primeira área corada e a dita pelo menos uma outra área corada, a área da dita pelo menos uma outra área corada sendo na faixa de 0,8μm2 a 65μm2; e
um objeto corado compreendendo a primeira área corada e a dita pelo menos uma outra área corada, e a área da primeira área corada ocupa entre 12% e 60% da dita pelo menos uma outra área corada. - MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelos corantes Hoechst e laranja de acridina serem não específicos a um tipo de célula.
- MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por corar a amostra de sangue com coloração Hoechst compreender corar uma amostra de sangue com um corante Hoechst selecionado do grupo que consiste em Hoechst 33258, Hoechst 33342, Hoechst 34580, e Hoechst S769121.
- MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pela dita amostra de sangue ser uma amostral total de sangue e/ou uma amostra de glóbulos vermelhos.
- MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pela identificação da amostra de sangue como estando infectada por plasmodium compreender identificar a amostra de sangue como estando infectada por uma espécie de Plasmodium responsável por malária humana, a qual é selecionada do grupo que consiste em P. falciparum, P. vivax, P. ovale e P. malariae.
- SISTEMA PARA DETECTAR UMA INFECÇÃO POR PLASMODIUM EM UMA AMOSTRA DE SANGUE, caracterizado por compreender:
- - um componente de captura de imagem configurado e operável para adquirir pelo menos uma imagem óptica de uma amostra de sangue;
- - uma unidade de processamento de imagem configurada para
dentro de pelo menos uma imagem óptica, identificar pelo menos uma primeira área corada que é corada por um corante Hoechst e pelo menos uma outra área corada que é corada por corante laranja de acridina; e
identificação da amostra de sangue como infectada por plasmodium, identificando, dentro de uma ou mais imagens ópticas, pelo menos uma dentre:
um objeto corado compreendendo pelo menos a primeira área corada, e a área da primeira área corada estando na faixa de 0,2μm2 a 20μm2;
um objeto corado compreendendo a primeira área corada e a dita pelo menos uma outra área corada, e a área da dita pelo menos uma outra área corada estando na faixa de 0,8μm2 a 65μm2; e
um objeto corado compreendendo a primeira área corada e a dita pelo menos uma outra área corada, e a área da primeira área corada ocupa entre 12% e 60% da dita pelo menos uma outra área corada.
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