
近年來,感染性疾病的新發(fā)突發(fā)不斷威脅人類健康,新型冠狀病毒肺炎、中東呼吸綜合征、流感、埃博拉、寨卡病毒、黃熱病、裂谷熱等傳染性疾病的傳播,成為全球公共衛(wèi)生問題。隨著城市化的發(fā)展、全球貿(mào)易往來的增加,環(huán)境改變加劇自然疫源性傳染病的傳播風險,感染性疾病的預(yù)防控制刻不容緩。因此,開展傳染病的即時快速檢測,對于感染性疾病的防控工作具有重大意義。
1995年美國CLSI提出即時檢測(point-of-care testing,POCT)的概念,1995年美國臨床化學(xué)學(xué)會(American Association for Clinical Chemistry,AACC)年會展覽展出了一些能夠快捷移動、操作簡便、結(jié)果準確可靠的技術(shù)和設(shè)備,即"在靠近患者的地方在極短的時間內(nèi)以混合型實驗室的形式獲得準確測量結(jié)果的裝置與儀器",即POCT設(shè)備。POCT也可以被解釋為靠近患者的床旁檢測,醫(yī)生、護士甚至患者都可以操作,快速的現(xiàn)場檢測避免了標本采集送檢的過多流程,縮短了發(fā)現(xiàn)傳染病的時間,促進藥物早期合理使用,從而實現(xiàn)傳染病的早期防治目標。
一、POCT的發(fā)展
POCT具有操作簡便、便攜、智能化等優(yōu)點,近年來作為體外診斷技術(shù)發(fā)展迅速,被應(yīng)用在多個學(xué)科的檢測項目中。在感染性疾病檢測中,POCT也已經(jīng)成為十分重要的檢測技術(shù),檢測項目廣泛,除了常見的CRP、降鈣素原、白介素-6等細胞因子的快速檢測,還包括各種細菌、病毒等多種病原微生物的檢測。
隨著生物醫(yī)學(xué)技術(shù)的發(fā)展,干化學(xué)技術(shù)、免疫層析技術(shù)、色譜、光譜、生物傳感器及光電分析技術(shù)、計算機芯片技術(shù)、自動化技術(shù)等的應(yīng)用以及免疫和分子生物技術(shù)的引進,POCT呈現(xiàn)出自動化和簡單化的趨勢,在臨床和社區(qū)醫(yī)療中發(fā)揮著重要的作用。POCT所應(yīng)用的技術(shù)原理正在從傳統(tǒng)的干化學(xué)技術(shù)、免疫層析技術(shù)等向生物傳感技術(shù)、微流控芯片技術(shù)等發(fā)展。
二、POCT技術(shù)在感染性疾病診斷的應(yīng)用
(一)免疫學(xué)檢測
POCT應(yīng)用的免疫學(xué)技術(shù)主要是膠體金免疫層析技術(shù)、免疫熒光技術(shù)、(電)化學(xué)技術(shù)、乳膠標記技術(shù)等,主要應(yīng)用于病原體的抗原和抗體檢測,病原體刺激機體產(chǎn)生細胞因子的檢測,快速時相反應(yīng)蛋白檢測和代謝產(chǎn)物毒素檢測等。
1.膠體金技術(shù)在病原體抗原抗體檢測中的應(yīng)用:
目前在臨床檢測中最常見的是膠體金檢測。膠體金免疫層析技術(shù)是以免疫層析技術(shù)、膠體金標記技術(shù)相結(jié)合的一種新型免疫學(xué)技術(shù),其特點是單份測定、簡單快速,幾分鐘即可用肉眼觀察結(jié)果。該方法的優(yōu)點是簡單、快速、及時,缺點是靈敏度低,容易漏檢。膠體金法能夠直接檢測傳染病病原的抗原和抗體。
臨床應(yīng)用較廣的POCT抗原檢測包括:甲乙型流感抗原、呼吸道合胞病毒抗原(鼻咽部分泌物)、軍團菌抗原(尿)、隱球菌抗原、惡性瘧原蟲循環(huán)抗原和間日瘧原蟲抗原、班氏絲蟲抗原及利什曼原蟲抗原的檢測等。
POCT抗體檢測包括術(shù)前篩查項目[艾滋病病毒抗體(1+2)、梅毒螺旋體抗體、乙肝五項、丙肝抗體、乙型肝炎病毒表面抗原],腎綜合征出血熱病毒抗體、乙型腦炎血清特異性抗體、單純皰疹病毒抗體、人巨細胞病毒IgM抗體、風疹病毒抗體、輪狀病毒抗體(糞便)、登革熱病毒抗體、淋球菌(分泌物)和泌尿生殖系沙眼衣原體(分泌物)、沙門菌血清抗體、抗幽門螺桿菌細胞毒素相關(guān)蛋白A抗體等,還能夠檢測弓形蟲抗體、包蟲體抗體、血吸蟲抗體、人囊蟲病等。
2.膠體金法在感染性疾病炎性指標中的應(yīng)用:
急性感染時膠體金法檢測CRP、降鈣素原、血清淀粉樣蛋白A(serum amyloid A protein,SAA)、白介素-6等。在診斷細菌或病毒感染時更加簡便快速,能夠滿足臨床即時檢測需求。SAA是細菌和病毒感染密切相關(guān)的標志物,其在判斷感染特別是病毒感染方面明顯優(yōu)于CRP和WBC,可作為早期感染的判別標志物。病毒感染后,SAA上升的幅度與病毒種類有關(guān),SAA聯(lián)合CRP和WBC檢測能夠提高細菌或病毒感染診斷的可靠性。
3.其他POCT技術(shù)在感染性疾病免疫學(xué)檢測中的應(yīng)用:
免疫熒光技術(shù)分為直接免疫熒光和間接免疫熒光技術(shù)兩類,主要應(yīng)用于呼吸道病原體的抗原和抗體檢測,其優(yōu)點是直接在熒光顯微鏡下看到病原體,缺點是檢測時間長,需要熒光顯微鏡,要求人員有一定的形態(tài)學(xué)辨識能力。
電化學(xué)技術(shù)應(yīng)用于POCT病原體檢測,優(yōu)點是檢測病原體項目多(弓形蟲抗體、風疹病毒抗體、巨細胞病毒抗體、單純皰疹病毒抗體等),靈敏度高。缺點是特殊人群假陽性率高(孕婦)。
乳膠標記技術(shù)主要應(yīng)用于病原體的抗原和抗體檢測,例如狂犬病、日本乙型腦炎、隱球菌抗原等,其優(yōu)點是快速,缺點是假陽性率高,容易發(fā)生非特異反應(yīng)。
(二)病原體核酸檢測
1.微流控芯片技術(shù):
1990年微型全分析系統(tǒng)(miniaturized total analysis system,μTAS)的概念提出之后,微流控芯片是μTAS中當前最活躍的領(lǐng)域和發(fā)展前沿,它將分析實驗室功能轉(zhuǎn)移到芯片上,即芯片實驗室(lab-on-a-chip,LOC)。
微流控芯片技術(shù)可將化學(xué)和生物等領(lǐng)域中涉及的樣品制備、反應(yīng)、分析、檢測等基本操作單元集成到一塊幾平方厘米的芯上,具有試劑樣品用量少、分析速度快的優(yōu)點,用于床旁檢驗已受到廣泛關(guān)注。微流控芯片將核酸提取、擴增以及檢測整合到微流控芯片上,降低了檢測的復(fù)雜性,是目前絕大多數(shù)核酸POCT所采用的技術(shù)平臺。
微流控芯片在病原體檢測的應(yīng)用,臨床采用Roche Cobas Liat系統(tǒng),檢測包括A/B型流感、A群鏈球菌和A/B型流感加呼吸道合胞病毒,只需要15~20 min。利用微流控芯片擴增EB病毒,僅需0.5 μl樣品,反應(yīng)體積僅需1 μl,靈敏度為3×105拷貝/ml。
Cooper等實現(xiàn)了白色念珠菌的快速分離檢測,相對于傳統(tǒng)的微生物真菌培養(yǎng)需要幾天的時間鑒定,該檢測僅需3 h就可檢出血液中低至1個/ml的病原菌,使感染者能夠及時得到恰當?shù)木戎危岣呋颊呱媛,希望隨著技術(shù)的改進,繼續(xù)縮短檢測時間。檢測HIV病毒,每張微流控芯片可同時檢測7份樣本,整個檢測過程在20 min內(nèi)完成,且準確率達100%。
微流控芯片技術(shù)不僅檢測速度快,而且操作簡單,將含蠟樣芽胞桿菌的標本加入微流控芯片后,裝置自動完成整個檢測流程,檢測靈敏度為細胞103~104個/ml。感染性疾病的分子診斷相對于細菌培養(yǎng)方法,在靈敏度、快速等方面均有顯著優(yōu)勢,目前微流控生物傳感器對感染性疾病的檢測已實現(xiàn)了多樣品來源如唾液、口腔上皮細胞、血漿等,檢測種類涵蓋多種細菌、真菌、病毒檢測。
Oblath等將除核酸提取步驟外的一整套檢測流程整合到微流控芯片上,并利用氧化鋁薄膜為實時PCR擴增過程提供溫度循環(huán)條件,實現(xiàn)唾液中多種口腔鏈球菌的分型檢測,快速準確,檢測靈敏度為8~12拷貝/μl。Cepheid公司的Xpert檢測耐甲氧西林金黃色葡萄球菌(methicillin resistant Staphylococcus aureus,MRSA)對比常規(guī)細菌培養(yǎng)方法,大大地縮短了陰性結(jié)果的周轉(zhuǎn)時間,靈敏度和特異度都大大提高。
Xpert MTB/RIF可以直接從原始痰標本中快速、敏感地檢出結(jié)核分枝桿菌及利福平耐藥性。WHO認可并推薦Xpert MTB/RIF在結(jié)核病防治規(guī)劃中的應(yīng)用。在非洲進行的一項多中心、隨機、對照試驗評估了Xpert MTB/RIF即時檢驗對結(jié)核病的可行性、準確性和臨床療效,結(jié)果顯示Xpert MTB/RIF可以在初級保健機構(gòu)由護士準確操作,由此可使更多的患者當天就開始治療,以縮短開始治療的時間。
核酸檢測的微流控芯片也在朝著高通量方向發(fā)展,一次檢測可以完成多種微生物鑒定、多種藥物敏感基因的分型;谖⒘骺丶夹g(shù)實現(xiàn)人乳頭瘤病毒(human papilloma virus,HPV)基因分型,能檢測和識別17個HPV高危型和7個HPV低危型。檢測限103拷貝數(shù)/L,某些型別甚至更低。
法國梅里埃Filmarray檢測平臺,能夠在單次反應(yīng)中對多種病原體核酸進行檢測,具有很高的靈敏度和特異度,幫助醫(yī)生對患者感染及早診斷和正確用藥。該產(chǎn)品目前具有上呼吸道感染(19種病毒和3種細菌)、胃腸道感染(13種細菌、5種病毒和4種寄生蟲)和腦膜炎/腦炎(6種細菌、7種病毒和1種真菌)等多種病原檢測試劑盒。
2.微流控芯片聯(lián)合等溫擴增技術(shù):
將核酸擴增與微流控芯片技術(shù)聯(lián)用開展POCT檢測,但是如果現(xiàn)場檢測儀器不具備溫控系統(tǒng)則很難應(yīng)用于POCT檢測,而整合環(huán)介導(dǎo)等溫擴增技術(shù)(loop-mediated isothermal amplification,LAMP)可在恒溫條件下實現(xiàn)快速擴增,操作簡便快捷,更便于現(xiàn)場使用。
在DNA病毒檢測方面,Cai等采用逆轉(zhuǎn)錄LAMP檢測乙肝病毒,并采用常規(guī)分子生物學(xué)方法評價該法性能,檢出限為210 IU/ml。在RNA病毒檢測方面,Kurosaki等建立了逆轉(zhuǎn)錄LAMP法檢測馬爾堡病毒,靈敏度可達102拷貝/μl,該法可在40 min內(nèi)檢測出馬爾堡病毒。
Kurosaki等建立的針對扎伊爾型埃博拉病毒的檢測逆轉(zhuǎn)錄LAMP方法,在26 min內(nèi)即可檢測出20拷貝/μl的扎伊爾型埃博拉病毒,同時特異性較高,與親緣性較近的病毒核酸序列(如蘇丹型埃博拉和馬爾堡病毒等)沒有交叉反應(yīng)。在細菌檢測方面,采用LAMP技術(shù)檢測結(jié)核分枝桿菌的試劑盒面市,該試劑盒檢測陽性痰液中結(jié)核菌的靈敏度為98.2%,直接檢測肺結(jié)核陽性患者的診斷靈敏度為88.2%,整個檢測過程在1 h內(nèi)完成,并且操作簡便,為基層POCT檢測提供了方便。
因此整合LAMP和微流控技術(shù),以可控流體貫穿反應(yīng)過程,將多個操作平臺集成在一張芯片上,具有集成化和微型化的優(yōu)勢。
Alere流感A/B測試使用等溫擴增和分子信標探針技術(shù),5 min完成鼻拭子標本的流感病毒A/B檢測。基于微流控等溫擴增技術(shù)的甲型H1N1流感病毒檢測,反應(yīng)體系3 μl,可在30 min內(nèi)完成檢測,最低檢測限可達10拷貝/μl。Ma等設(shè)計了一個集成、自驅(qū)動的微流控芯片用于數(shù)字LAMP反應(yīng),整個檢測過程可以通過毛細作用力在芯片上自動完成,30 min對耐萬古霉素腸球菌菌株特異性基因進行擴增,檢測限僅為11個拷貝/μl。
3.納米孔測序技術(shù):
納米孔測序技術(shù)也被公認為未來測序發(fā)展的一大方向。與以往的測序技術(shù)皆有不同,它不是通過檢測光、熒光信號顏色或pH來實現(xiàn)堿基序列的讀取,而是基于電信號的測序技術(shù)。蛋白質(zhì)納米孔(微型的小孔,其本質(zhì)是在膜上形成通道)被嵌入在合成膜上,并浸沒在電生理溶液中,使離子電流通過納米孔。
在像DNA或RNA這樣的分子通過納米孔時,會對電流帶來干擾,引起電流信號的特征性改變。在此過程中,信號被實時分析,用來確定正在通過該孔的DNA或RNA鏈的堿基序列。納米孔會分析通過它的整個DNA或RNA片段。
因此,在納米孔測序中,讀長長度與制備樣本中DNA或RNA的長度一致。用戶可以根據(jù)他們想要的實驗結(jié)果來選擇恰當?shù)臉悠分苽浞椒,生成最適合的讀長長度。目前,使用標準的DNA提取方法已能夠獲得數(shù)萬到數(shù)十萬堿基的讀長,而由納米孔社區(qū)用戶設(shè)計的溫和提取法已獲得了超過2 000 000 bp的讀長。
納米孔技術(shù)提供的是動態(tài)、實時的測序,支持在幾分鐘內(nèi)就獲得病原體鑒定等時間關(guān)鍵型應(yīng)用的檢測結(jié)果。用戶可以在測序早期了解樣本的質(zhì)量和狀態(tài),也可以在獲得足夠的數(shù)據(jù)后停止測序。
未來,快速的采樣到結(jié)果周轉(zhuǎn)時間在感染性疾病、實地動態(tài)監(jiān)測疫情暴發(fā)以及其他診斷方面具有巨大潛力。Kafetzopoulou等報道拉沙熱暴發(fā),納米孔測序儀對36個基因組測序,拉沙熱病毒與前一年病原體存在系統(tǒng)發(fā)育混交,表明存在獨立的人畜共患的風險。
三、POCT技術(shù)在感染性疾病診斷應(yīng)用中的局限性
在POCT帶來便捷快速的檢測方式的同時,在感染性疾病病原體檢測中還存在幾個問題。
首先,缺乏適宜的校準物質(zhì)和質(zhì)控品、質(zhì)控不規(guī)范。準確性評價標準各異,導(dǎo)致其檢測的溯源性和可比性差,缺乏實用的標準。目前只有針對血糖、血氣、凝血方面的POCT管理指南,沒有感染病疾病快速診斷的管理指南,需要建立一個系統(tǒng)、完善的質(zhì)量控制體系,減少POCT設(shè)備的檢驗結(jié)果與常規(guī)實驗室的誤差,保證準確性。
其次,廠家多、試劑雜,由于受檢測方法、樣本類型及人員操作等因素影響,結(jié)果不一致。雖然POCT操作簡單,但對POCT操作人員進行培訓(xùn),建立一個較為客觀的操作標準和評判指標,會提高結(jié)果的準確性。
第三,國內(nèi)缺乏衛(wèi)生經(jīng)濟學(xué)評價,加拿大藥物和技術(shù)衛(wèi)生機構(gòu)報道檢測丙型肝炎病毒不同策略的檢測成本,在OraQuick定性檢測和實驗室常規(guī)核酸定量檢測之間,人均成本是相似的,約30美元。
第四,POCT核酸的結(jié)果應(yīng)考慮個體內(nèi)生物變異的存在,病原體核酸定量檢測結(jié)果可能在一定的范圍內(nèi)波動,但對患者病情判斷無影響。如果可能,應(yīng)在定量檢測的結(jié)果報告中加入變異范圍,如HIV-1病毒載量的變異容許限為<0.5 Log,HCV病毒載量的變異容許限為<1 Log。必要時需標注檢測可能的局限性,以及可能會影響結(jié)果判讀和應(yīng)用的因素。
實驗室應(yīng)記錄并保存關(guān)于每個標本檢測情況的充分信息,并應(yīng)根據(jù)相關(guān)的法律法規(guī)和相應(yīng)的管理規(guī)定對具有重要意義的傳染。ㄈ缛祟惷庖呷毕菥C合征、埃博拉病毒等新發(fā)突發(fā)傳染病、肺結(jié)核等)的診斷,及時與負責的臨床醫(yī)師溝通并備案,同時注意保護患者的醫(yī)療信息。
第五,結(jié)合患者的疾病分期,進行相應(yīng)POCT檢測,例如黃熱病的病毒血癥期是一過性的,在病毒血癥期檢測血中黃熱病毒核酸呈現(xiàn)陽性,但在恢復(fù)期血中黃熱病毒核酸呈現(xiàn)陰性,尿中黃熱病毒核酸為陽性。在男性感染寨卡病毒6個月后的精液中仍然能夠檢測到寨卡病毒的核酸。
四、展望
感染性疾病的快速診斷是當前POCT技術(shù)應(yīng)用的熱點,比起傳統(tǒng)病原學(xué)檢測方法,POCT在診斷上更加快速和靈敏。POCT是初級衛(wèi)生保健機構(gòu)提供給患者的快速檢測手段,常用的檢測平臺是測流免疫方法。最近,新興的分子診斷技術(shù)滿足了POCT檢測速度,低成本的特點。
POCT分子檢測方法縮短樣本檢測時間,并能保證高特異性和敏感性,在現(xiàn)有基礎(chǔ)上,開發(fā)出針對各種感染性疾病的診斷試劑和儀器,仍將是POCT技術(shù)的開發(fā)重點。需要聯(lián)合多學(xué)科協(xié)作,研發(fā)國產(chǎn)的有自主知識產(chǎn)權(quán)的一體化的便攜式分子POCT檢測設(shè)備,實現(xiàn)多通道和自動化檢測,提高其現(xiàn)場適用性。隨著分析技術(shù)融入更多的先進科技,POCT正朝著互聯(lián)網(wǎng)整合模式發(fā)展,逐漸實現(xiàn)智能化、共享化、云端化,從而推動遠程醫(yī)療的發(fā)展,實現(xiàn)個性化的服務(wù)。
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