多重耐藥菌（MDR）和其耐藥性的傳播已成為全球公共衛(wèi)生問(wèn)題，MDR引起的血流感染往往病情較重，快速完成藥敏檢測(cè)并采取有針對(duì)性的治療措施，對(duì)于降低患者的死亡率至關(guān)重要。但是，目前病原藥敏試驗(yàn)耗時(shí)很長(zhǎng)，導(dǎo)致臨床醫(yī)生主要依賴經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行治療。開發(fā)一種簡(jiǎn)單、快速、準(zhǔn)確，而且臨床廣譜適用的藥敏表型試驗(yàn)方法一直是臨床上的迫切任務(wù)。針對(duì)這一難題，青島能源所單細(xì)胞中心與北京協(xié)和醫(yī)院、青島大學(xué)附屬醫(yī)院和青島星賽生物等單位合作，以替加環(huán)素治療敗血癥為模型，利用重水標(biāo)記單細(xì)胞拉曼光譜技術(shù)（D2O-SCRS），建立了自動(dòng)化版本的拉曼病原體藥敏快檢系統(tǒng)（CAST-R），將常見病原體（血液感染陽(yáng)性培養(yǎng)瓶?jī)?nèi)）的藥物敏感性實(shí)驗(yàn)（AST）的時(shí)長(zhǎng)縮短至3小時(shí)，實(shí)現(xiàn)了十倍加速，可在培養(yǎng)瓶報(bào)陽(yáng)當(dāng)天得出藥敏結(jié)果。該研究成果于近日發(fā)表在mLife 《微生物》雜志。
自動(dòng)化CAST-R系統(tǒng)服務(wù)臨床精準(zhǔn)抗感染治療
敗血癥是指病原菌侵入血液循環(huán)而引發(fā)的急性全身性感染。在引起血流感染的病原體中，鮑曼不動(dòng)桿菌是最常見的病原體之一。目前，針對(duì)多重耐藥或泛耐藥病原體（如鮑曼不動(dòng)桿菌或碳青酶烯類耐藥腸桿菌目等細(xì)菌）感染，替加環(huán)素往往是針對(duì)抗感染治療的最后一道防線。然而臨床檢測(cè)病原體對(duì)替加環(huán)素的藥敏性面臨諸多難點(diǎn)。首先，替加環(huán)素理化性質(zhì)不穩(wěn)定，易氧化分解，而且培養(yǎng)基的類型、配制時(shí)間、檢測(cè)方法、不同的菌種以及折點(diǎn)的選擇等因素，都對(duì)替加環(huán)素的體外藥敏結(jié)果有影響。其次，目前的藥敏方法存在較多的難點(diǎn)和操作誤區(qū)，也不易標(biāo)準(zhǔn)化。
由單細(xì)胞中心的朱鵬飛、任立輝、戴靖以及北京協(xié)和醫(yī)院朱盈等帶領(lǐng)的小組，聯(lián)合青島星賽生物公司和青島大學(xué)附屬醫(yī)院的研究人員，從血培養(yǎng)陽(yáng)性培養(yǎng)瓶中樣本開始，使用CAST-R中自動(dòng)化液體處理工作站（PLS）一站式完成樣品D2O孵育、自動(dòng)清洗和芯片定位；然后，利用儀器內(nèi)置的軟件（自主研發(fā)的算法）實(shí)現(xiàn)細(xì)胞精準(zhǔn)定位與高通量拉曼光譜采集；最后，結(jié)合機(jī)器學(xué)習(xí)實(shí)現(xiàn)了光譜采集過(guò)程的自動(dòng)化和智能化以及光譜的質(zhì)量控制，得出準(zhǔn)確藥敏結(jié)果。CAST-R可針對(duì)血培養(yǎng)陽(yáng)性培養(yǎng)瓶中的病原體直接進(jìn)行自動(dòng)化的藥敏試驗(yàn)，速度提高了10倍。
單細(xì)胞中心前期提出了“最小代謝活性抑制濃度（MIC-MA）”這一測(cè)量藥物敏感性的新概念，在此基礎(chǔ)上，本工作引入了“eMIC-MA”概念，以有效排除菌株起始狀態(tài)和儀器改變對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響。通過(guò)CAST-R測(cè)試了100株鮑曼不動(dòng)桿菌臨床分離株對(duì)替加環(huán)素藥敏性，與臨床金標(biāo)準(zhǔn)（微量肉湯稀釋法；BMD）相比較的基本一致率和分類一致率分別為99%和93%，從而驗(yàn)證了CAST-R的準(zhǔn)確性和可靠性。
進(jìn)而，針對(duì)26例患者血培養(yǎng)陽(yáng)性培養(yǎng)瓶，測(cè)定了常見血流感染菌對(duì)替加環(huán)素、美羅培南、頭孢他啶和氨芐西林/舒巴坦等8種抗生素的藥物敏感性，并與BMD結(jié)果相比，分類一致率達(dá)到93%，驗(yàn)證了CAST-R在血流感染用藥上的廣譜適用性。
這些結(jié)果驗(yàn)證了CAST-R自動(dòng)化系統(tǒng)的快速、準(zhǔn)確和可靠性以及臨床適用性，加速了其臨床應(yīng)用。此外，利用單細(xì)胞中心前期發(fā)明的拉曼分選和測(cè)序技術(shù)（RACS-Seq）技術(shù)（
Xu, et al., Small, 2020），CAST-R有望在單細(xì)胞精度建立耐藥表型和基因型的聯(lián)系，從而跟蹤超級(jí)細(xì)菌的出現(xiàn)與耐藥性的傳播。
該工作由北京協(xié)和醫(yī)院檢驗(yàn)科楊啟文教授和單細(xì)胞中心徐健研究員共同主持完成，得到了北京協(xié)和醫(yī)院檢驗(yàn)科徐英春教授、青島大學(xué)附屬醫(yī)院檢驗(yàn)科朱元祺教授和單細(xì)胞中心馬波研究員等的支持。獲得了中科院先導(dǎo)專項(xiàng)、基金委國(guó)家重大科學(xué)儀器研制項(xiàng)目、中科院STS區(qū)域重點(diǎn)項(xiàng)目、廣州生物島實(shí)驗(yàn)室等的資助。
原文鏈接：
Pengfei Zhu#, Lihui Ren#, Ying Zhu#, Jing Dai#, Huijie Liu, Yuli Mao, Yuandong Li, Yuehui He, Xiaoshan Zheng, Rongze Chen, Xiaoting Fu, Lili Zhang, Lijun Sun, Yuanqi Zhu, Yuetong Ji, Bo Ma, Yingchun Xu, Jian Xu*, Qiwen Yang*. Rapid, automated, and reliable antimicrobial susceptibility test from positive blood culture by CAST-R. mLife 2022.
