《Microchemical Journal》：Revealing the effects of antithrombotic therapies on circulating platelets in COVID-19 patients by optofluidic imaging
编辑推荐：
•光学流成像对263名COVID-19患者中的循环血小板进行特征分析。•基于CNN的分类在时间分析中正确识别了抗血栓治疗组。•抗血小板治疗对血小板-白细胞聚集的抑制作用有限。•单药和双联抗血小板治疗诱发了血小板形态和成分的变化。引言抗血栓治疗的管理已成为缓解2019冠状病毒病
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光学流成像对263名COVID-19患者中的循环血小板进行特征分析。
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基于CNN的分类在时间分析中正确识别了抗血栓治疗组。
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抗血小板治疗对血小板-白细胞聚集的抑制作用有限。
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单药和双联抗血小板治疗诱发了血小板形态和成分的变化。
引言
抗血栓治疗的管理已成为缓解2019冠状病毒病（COVID-19）相关血栓风险的重要组成成分。[1]、[2] 研究表明，抗血栓治疗可以降低COVID-19患者的血栓风险和死亡率。例如，中国的一项研究表明，接受口服抗凝治疗的患者院内死亡率显著低于未接受此类治疗的患者。[2] 类似地，西班牙的一项研究报告称，在严重急性呼吸综合征（SARS）相关研究中，初始使用低分子量肝素（LMWH）使28天内的死亡率降低了37%。[3] 世界卫生组织（WHO）和国际血栓与止血学会（ISTH）[4] 也建议在无禁忌症的情况下，对住院的COVID-19患者预防性使用抗血栓药物。[5] 这些抗血栓治疗包括抑制血小板活化和聚集的抗血小板药物，[6] 以及作用于凝血级联以防止纤维蛋白形成的抗凝药物。[7] 通过干扰血栓形成的特定阶段，这些治疗改变了血小板的活化方式及其与其他血小板和白细胞的相互作用，最终改变了血小板的形态状态。[8] 因此，直接观察循环中的血小板可能为治疗对单个循环血小板和血小板聚集体的影响提供有意义的见解。
然而，由于现有评估疗效的方法对细胞水平的变化提供的信息有限，抗血栓治疗对循环血小板的直接作用尚未得到研究。凝血试验如D-二聚体、凝血酶原时间（PT）和活化部分凝血活酶时间（aPTT）是间接试验[9]、[10]，可提供生化读出，但无法捕捉细胞形态和成分变化。具体而言，aPTT反映凝血级联内的活性[11]，但无法测量阿司匹林等抗血小板药物的作用，后者通过抑制血栓烷A?来抑制血小板活化。[12] 计算机断层扫描（CT）和磁共振成像（MRI）等成像模式有助于检测血栓事件，[13] 但其空间分辨率不足，因此无法可视化治疗引起的血细胞变化。[14]、[15]
为了解决这些局限性，我们开发了一种方法，利用微流控芯片上的光频分复用（FDM）显微镜[16]进行光学流成像，以评估接受不同抗血栓治疗的COVID-19患者循环血小板的形态（即大小和形状）和成分变化。通过对循环物体（如白细胞、血小板和血小板聚集体）的明场图像提取的特征进行统计分析，观察到了抗血栓治疗对血小板的不同影响。此外，通过实现卷积神经网络（CNN）模型根据治疗类型对血小板图像进行分类，揭示了不同的治疗依赖性变化，分类准确率达75%。线性判别分析（LDA）进一步揭示了治疗组之间的明显分离。此外，还发现了接受单药抗血小板治疗（SAPT）和双联抗血小板治疗（DAPT）的患者循环血小板之间的区别。我们的结果表明，人工智能（AI）辅助的光学流成像能够量化抗血栓治疗引起的血小板不同形态和成分变化，为抗血栓治疗评估提供了一种新的分析维度，补充了现有的临床检测。
章节片段
工作流
图1中的示意图概述了研究的流程，包括四个不同步骤：采血、样本制备、通过微流控芯片上的FDM显微镜进行光学流成像以及图像分析。血样从COVID-19患者处获得，并根据治疗分为四组：无抗血栓治疗（无AT）、仅抗凝治疗（AC-only）、仅抗血小板治疗（AP-only）以及抗凝与抗血小板联合治疗。来自……的残余血液
临床参数的统计分析
在本研究中，我们使用微流控芯片上的FDM显微镜对263名患者共计908份样本中的单个循环血小板和血小板聚集体进行成像，每份样本获取25,000张明场图像。FDM显微镜的成像能力和高通量使血小板变化得以直接可视化，为下游定量分析和基于机器学习的血小板表征提供了坚实基础。
讨论
在本研究中，我们将微流控芯片上的FDM显微镜用于光学流成像与AI相结合，开发了一种基于图像的方法来表征血小板的形态和成分。使用基于FDM的光学流成像系统，我们分析了263名患者的908份样本中每份样本超过25,000张图像，使能够在细胞水平分辨率下对循环血小板进行稳健的统计表征。特征分析揭示了客观区域……的明显分布模式
结论
在本研究中，我们提出并演示了一种利用微流控芯片上的FDM显微镜进行光学流成像，以观察不同抗血栓治疗下COVID-19患者循环血小板的形态和成分差异的方法。除传统临床参数外，该方法能够在细胞水平定量表征血小板的形态和成分特征。观察到不同治疗能够诱发……
CRediT作者贡献声明
张宏谦：撰写–初稿，可视化，方法论，研究，形式分析，数据整理，概念化。周宇琪：撰写–初稿，监督，方法论，资金获取，概念化。西川雅子：撰写–审阅与编辑，资源，方法论，概念化。陈俊宇：撰写–审阅与编辑，可视化，研究，数据整理。王惠东：撰写–审阅与编辑，可视化，研究。孔垂明：
利益冲突声明
作者声明，他们没有已知的相互竞争的经济利益或个人关系，这可能影响本文所报告的工作。
致谢
本工作主要由AMED JP20wm0325021（西川雅子、Godake Goda、八木康幸）、JSPS Core-to-Core计划JPJSCCA20190007（Godake Goda）、AMED JP23hma922009（西川雅子、Godake Goda）支持，并部分由AMED JP233fa627001（UTOPIA青年研究人员发展计划）（周宇琪）、JSPS KAKENHI 19H05633（Godake Goda）、20H00317（Godake Goda）、21 K15640（西川雅子）、23H02810（西川雅子）、White Rock基金会（Godake Goda）、小笠原基金会（Godake……）
张宏谦|周宇琪|西川雅子|陈俊宇|王惠东|孔垂明|陈媛媛|神野宽|堤刚也|仓野真|森下绘里子|八木康幸|Godake Goda
