Krwi czerwone (erytrocyty) odgrywają kluczową rolę w transporcie tlenu i funkcjonowaniu układu odpornościowego. Zmiany kształtu tych komórek są wskaźnikiem poważnych schorzeń — od cukrzycy i malarii po dziedziczne zaburzenia krwi czy choroby naczyń. W praktyce klinicznej rozpoznawanie nieprawidłowości opiera się głównie na mikroskopii optycznej, która wymaga barwienia fluorescencyjnego i ręcznej oceny przez wyszkolonych specjalistów. To podejście jest jednak czasochłonne, subiektywne, słabo odtwarzalne i łatwo przeoczyć subtelne zmiany w pojedynczych komórkach. Alternatywne techniki, takie jak mikroskopia elektronowa czy obrazowanie superrozdzielcze, umożliwiają obserwację na poziomie nanometrowym, ale są kosztowne, skomplikowane w obsłudze i również zwykle wymagają znakowania próbek. Istnieje więc pilna potrzeba szybkich, obiektywnych i bezznakowych metod analizy deformacji erytrocytów na poziomie pojedynczych komórek.
Grupa badawcza kierowana przez prof. Nan Zeng z Tsinghua Shenzhen International Graduate School zaproponowała nowe rozwiązanie oparte na świetle spolaryzowanym. Metoda nazwana dwu-kątową polarymetrią macierzową Muellera (dual-angle Mueller matrix polarimetry, DMMP) bada pojedyncze komórki przez pomiar zmian stanu polaryzacji światła po przejściu przez komórkę. System oświetla próbkę światłem spolaryzowanym i rejestruje charakterystyczne sygnatury polaryzacyjne, które odzwierciedlają właściwości optyczne i geometryczne komórek.
Połączenie modelowania teoretycznego z algorytmami uczenia maszynowego pozwoliło badaczom wyodrębnić sześć parametrów opisujących sygnatury polaryzacyjne, które ilościowo charakteryzują rozmiar, kształt, współczynnik załamania światła oraz cechy powierzchni erytrocytów. Zespół sprawdził metodę na erytrocytach wystawionych na różne warunki stresowe imitujące stany chorobowe — analizowane parametry skutecznie rozróżniały komórki prawidłowe od zdeformowanych. W badaniach nad próbkami mieszanymi, zawierającymi zarówno komórki zdrowe, jak i nieprawidłowe, klasyfikator Random Forest wykorzystujący te parametry osiągnął skuteczność powyżej 94% w określaniu proporcji typów komórek.
Technologia przedstawia kilka istotnych zalet praktycznych: nie wymaga barwienia ani skomplikowanej preparatyki próbek, jest bezznakowa, może analizować setki komórek na minutę, co umożliwia badania wysokoprzepustowe, oraz dostarcza obiektywnych, ilościowych miar zamiast subiektywnych ocen wizualnych. Dzięki temu metoda ma potencjał do szybkiego wdrożenia w rutynowych badaniach krwi w szpitalach i przychodniach, co mogłoby przyczynić się do wcześniejszego wykrywania chorób, dokładniejszej diagnostyki oraz lepszego monitorowania odpowiedzi na leczenie schorzeń krwi.
Publikacja opisująca tę pracę ukazała się w czasopiśmie Frontiers of Optoelectronics: Yao, S., et al. (2025). Analysis of erythrocyte deformation characteristics based on dual-angle Mueller matrix measurement. doi: 10.1007/s12200-025-00166-2 (link do artykułu).