用于抗血流感染的藥物敏感性試驗(yàn)的微流控芯片

血流感染（BSI）是一種由病原微生物侵入血流引起的傳染病。在某些情況下，血流感染可發(fā)展為膿毒癥，這是可能導(dǎo)致患者被重癥監(jiān)護(hù)室（ICU）收治的危重疾病之一。根據(jù)美國(guó)一項(xiàng)長(zhǎng)達(dá)6年的回顧性研究結(jié)果顯示，住院患者的血流感染發(fā)病率為5.9%，其中，發(fā)病患者的死亡率為15.6%。發(fā)病率和死亡率高的主要原因是臨床醫(yī)生無(wú)法在患者發(fā)病早期給予有效的抗生素治療。因此，快速準(zhǔn)確的抗微生物藥物處方對(duì)于降低血流感染患者的死亡率至關(guān)重要。然而，用于血流感染診斷的傳統(tǒng)抗微生物藥敏試驗(yàn)（AST）既耗時(shí)又繁瑣，導(dǎo)致臨床醫(yī)生傾向于依據(jù)自身的經(jīng)驗(yàn)來(lái)開(kāi)處方。近年來(lái)，微流控技術(shù)因?yàn)榫哂锌焖佟?a href="http://wenjunhu.com/tags/高通/" target="_blank">高通量以及小型化的優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于微生物分析。目前，已經(jīng)涌現(xiàn)出多種用于快速抗微生物藥敏試驗(yàn)和最低抑菌濃度（MIC）測(cè)定的微流控平臺(tái)。

據(jù)麥姆斯咨詢報(bào)道，為了滿足對(duì)快速診斷工具的需求，來(lái)自山東大學(xué)、中國(guó)科學(xué)院（CAS）青島生物能源與過(guò)程研究所（QIBEBT）和青島大學(xué)附屬醫(yī)院的研究人員開(kāi)發(fā)了一種集成式微流控芯片（BSI-AST芯片），用于從陽(yáng)性血培物（PBCs）中提取微生物并進(jìn)行快速抗微生物藥敏試驗(yàn)。使用該微流控芯片，在3.5小時(shí)以內(nèi)即可完成從微生物提取到獲得抗微生物藥敏試驗(yàn)結(jié)果的整個(gè)過(guò)程，因此有望成為管理血流感染的強(qiáng)大新工具。相關(guān)研究成果以“Integrated Microfluidic Chip for Rapid Antimicrobial Susceptibility Testing Directly from Positive Blood Cultures”為題發(fā)表在Analytical Chemistry期刊上。

圖1 BSI-AST芯片的設(shè)計(jì)與制作示意圖

圖2 從陽(yáng)性血培物中快速分離微生物以及抗微生物藥敏試驗(yàn)的工作流程

“目前，在陽(yáng)性血培養(yǎng)流程開(kāi)始后，利用傳統(tǒng)的抗微生物藥敏試驗(yàn)方法至少需要兩天時(shí)間才能獲得診斷結(jié)果。這種診斷方法的延遲性往往會(huì)迫使臨床醫(yī)生選擇依據(jù)自身的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行抗生素給藥，而這一行為不僅具有使患者病情惡化的風(fēng)險(xiǎn)，還有可能會(huì)促進(jìn)抗生素耐藥性的出現(xiàn)?！痹撗芯康暮现摺⒅袊?guó)科學(xué)院青島生物能源與過(guò)程研究所單細(xì)胞中心MA Bo教授說(shuō)，“因此，迫切需要能夠提供準(zhǔn)確及時(shí)的診斷和藥物敏感性試驗(yàn)的新技術(shù)?！?/p>

在一項(xiàng)概念驗(yàn)證研究中，研究人員利用BSI-AST芯片以及18種抗生素直接對(duì)含有大腸桿菌的人工陽(yáng)性血培物進(jìn)行抗微生物藥敏試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果在3.5小時(shí)內(nèi)即可獲得，從而證明了所開(kāi)發(fā)的BSI-AST芯片的有效性。

此外，在臨床陽(yáng)性血培物的診斷應(yīng)用中，這種集成式微流控芯片的診斷結(jié)果與臨床標(biāo)準(zhǔn)方法的絕對(duì)一致性為93.3%。因此，該微流控芯片的抗微生物藥敏試驗(yàn)結(jié)果可靠、快速，在臨床診斷中具有巨大的潛力。

該研究的第一作者、山東大學(xué)博士生ZHU Meijia表示：“在以前的研究中，微流控裝置主要用于純化和濃縮來(lái)自傳代培養(yǎng)或成分簡(jiǎn)單的尿液樣本的活性微生物。由于缺乏片上復(fù)雜樣品制備的工藝，這些微流控裝置的實(shí)際應(yīng)用面臨著重大挑戰(zhàn)?！?/p>

來(lái)自中國(guó)科學(xué)院青島生物能源與過(guò)程研究所單細(xì)胞中心的助理研究員和合著者XU Teng表示，BSI-AST芯片是一個(gè)“重大進(jìn)步”，因?yàn)槠淇梢灾苯訉?duì)陽(yáng)性血培物進(jìn)行抗微生物藥敏試驗(yàn)，而不需要對(duì)微生物進(jìn)行傳代培養(yǎng)。

此外，研究人員首次在微流控芯片中引入分離凝膠，實(shí)現(xiàn)了陽(yáng)性血培物中微生物的快速提取和富集。離心微流控富集技術(shù)也是該工藝的核心。此外，利用通過(guò)抗生素干燥和陣列并行化實(shí)現(xiàn)的多路分析能力，該微流控芯片能夠支持臨床醫(yī)生對(duì)血流感染患者的抗生素治療進(jìn)行優(yōu)化。

圖3 利用分離凝膠從陽(yáng)性血培物中分離微生物的原理

中國(guó)科學(xué)院青島生物能源與過(guò)程研究所單細(xì)胞中心負(fù)責(zé)人XU Jian教授表示，BSI-AST芯片可以與該團(tuán)隊(duì)發(fā)明的臨床抗微生物藥敏檢測(cè)拉曼儀（CAST-R）結(jié)合使用，從而為樣品預(yù)處理提供快速方便的解決方案。

該研究的通訊作者、山東大學(xué)教授CHENG Yongqiang說(shuō)：“基于血培物的快速抗微生物藥敏試驗(yàn)對(duì)臨床敗血癥患者具有重要意義，并有可能挽救其生命?！苯又?，CHENG Yongqiang教授進(jìn)一步指出了這項(xiàng)技術(shù)在“抗擊微生物抗藥性對(duì)人類的嚴(yán)重威脅”方面發(fā)揮的價(jià)值。

審核編輯：黃飛