Escáner para un microscopio digital con aprendizaje profundo permite la detección de la malaria

La malaria sigue siendo un problema de salud mundial importante y requiere mejores pruebas de diagnóstico utilizables en el campo. La evaluación por microscopía óptica de los frotis de sangre para detectar los parásitos Plasmodium se mantiene como el estándar de oro de diagnóstico y permite la detección y cuantificación de especies de Plasmodium además de ser más sensible que las pruebas de diagnóstico rápido (PDR).

Se han propuesto varios métodos de coloración para la identificación microscópica de parásitos de la malaria en frotis de sangre, con la coloración de Giemsa considerada como el método estándar. Como el análisis visual de los frotis de sangre requiere mucho tiempo y es subjetivo, se han propuesto métodos de coloración fluorescente para facilitar el proceso de análisis de las muestras.

Un equipo de científicos médicos de la Universidad de Helsinki (Helsinki, Finlandia) y sus colegas, recolectaron 125 frotis de sangre de pacientes con infecciones por P. falciparum, confirmadas por microscopía en zonas rurales de Tanzania, antes y después del inicio de la terapia combinada con artemisinina. El número de parásitos asexuales y gametocitos se determinó contando el número de parásitos visibles por 200 glóbulos blancos (WBC) con un contador manual.

El equipo desarrolló un escáner para microscopio digital, portátil y de bajo costo, capaz de obtener imágenes tanto de campo claro como de fluorescencia. Utilizaron el instrumento para digitalizar frotis de sangre y aplicaron algoritmos de aprendizaje profundo (AP) para detectar parásitos de P. falciparum. Para la digitalización de las muestras utilizaron un prototipo de escáner de microscopio digital portátil, desarrollado y patentado por la Universidad de Helsinki para el escaneo de muestras biológicas en el punto de atención (POC). Las muestras se colorearon con el fluorógeno 4', 6-diamidino-2-fenilindol (DAPI) y se digitalizaron usando el escáner de microscopio prototipo.

Los investigadores informaron que la detección de parásitos de P. falciparum en los frotis de sangre delgados digitalizados era posible tanto mediante evaluación visual como mediante análisis basado en AP con una fuerte correlación en los resultados (r = 0,99). Se observó una correlación moderadamente fuerte entre el análisis de frotis delgados basado en AP y el análisis de frotis de gota gruesa visual (r = 0,74). Se detectaron niveles bajos de parásitos mediante análisis con AP el día tres después del inicio del tratamiento, pero también se detectó un pequeño número de señales fluorescentes en muestras negativas para microscopía.

Los autores concluyeron que la cuantificación de los parásitos de P. falciparum en frotis delgados coloreados con DAPI es factible utilizando microscopía digital en el lugar de atención con soporte de AP, con una alta correlación con la evaluación visual de las muestras. Las señales fluorescentes de artefactos en las muestras con bajos niveles de infección representaron el principal desafío para el análisis digital, destacando así la importancia de minimizar la contaminación de las muestras. El método propuesto podría respaldar el diagnóstico de la malaria y el seguimiento de la respuesta al tratamiento mediante la cuantificación automática de la parasitemia y es probable que sea aplicable también para el diagnóstico de otras especies de Plasmodium y otras enfermedades infecciosas. El estudio fue publicado el 17 de noviembre de 2020 en la revista PLOS ONE.

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Universidad de Helsinki