青島能源所與北京協和醫院、青醫附院等開發自動化拉曼病原藥敏快檢系統CAST-R

  多重耐藥菌(MDR)和其耐藥性的傳播已成為全球公共衛生問題,MDR引起的血流感染往往病情較重,快速完成藥敏檢測并采取有針對性的治療措施,對于降低患者的死亡率至關重要。但是,目前病原藥敏試驗耗時很長,導致臨床醫生主要依賴經驗進行治療。開發一種簡單、快速、準確,而且臨床廣譜適用的藥敏表型試驗方法一直是臨床上的迫切任務。針對這一難題,青島能源所單細胞中心與北京協和醫院、青島大學附屬醫院和青島星賽生物等單位合作,以替加環素治療敗血癥為模型,利用重水標記單細胞拉曼光譜技術(D2O-SCRS),建立了自動化版本的拉曼病原體藥敏快檢系統(CAST-R),將常見病原體(血液感染陽性培養瓶內)的藥物敏感性實驗(AST)的時長縮短至3小時,實現了十倍加速,可在培養瓶報陽當天得出藥敏結果。該研究成果于近日發表在mLife 《微生物》雜志。  

  自動化CAST-R系統服務臨床精準抗感染治療
  敗血癥是指病原菌侵入血液循環而引發的急性全身性感染。在引起血流感染的病原體中,鮑曼不動桿菌是最常見的病原體之一。目前,針對多重耐藥或泛耐藥病原體(如鮑曼不動桿菌或碳青酶烯類耐藥腸桿菌目等細菌)感染,替加環素往往是針對抗感染治療的最后一道防線。然而臨床檢測病原體對替加環素的藥敏性面臨諸多難點。首先,替加環素理化性質不穩定,易氧化分解,而且培養基的類型、配制時間、檢測方法、不同的菌種以及折點的選擇等因素,都對替加環素的體外藥敏結果有影響。其次,目前的藥敏方法存在較多的難點和操作誤區,也不易標準化。
  由單細胞中心的朱鵬飛、任立輝、戴靖以及北京協和醫院朱盈等帶領的小組,聯合青島星賽生物公司和青島大學附屬醫院的研究人員,從血培養陽性培養瓶中樣本開始,使用CAST-R中自動化液體處理工作站(PLS)一站式完成樣品D2O孵育、自動清洗和芯片定位;然后,利用儀器內置的軟件(自主研發的算法)實現細胞精準定位與高通量拉曼光譜采集;最后,結合機器學習實現了光譜采集過程的自動化和智能化以及光譜的質量控制,得出準確藥敏結果。CAST-R可針對血培養陽性培養瓶中的病原體直接進行自動化的藥敏試驗,速度提高了10倍。
  單細胞中心前期提出了“最小代謝活性抑制濃度(MIC-MA)”這一測量藥物敏感性的新概念,在此基礎上,本工作引入了“eMIC-MA”概念,以有效排除菌株起始狀態和儀器改變對檢測結果的影響。通過CAST-R測試了100株鮑曼不動桿菌臨床分離株對替加環素藥敏性,與臨床金標準(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%,從而驗證了CAST-R的準確性和可靠性。
  進而,針對26例患者血培養陽性培養瓶,測定了常見血流感染菌對替加環素、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結果相比,分類一致率達到93%,驗證了CAST-R在血流感染用藥上的廣譜適用性。
  這些結果驗證了CAST-R自動化系統的快速、準確和可靠性以及臨床適用性,加速了其臨床應用。此外,利用單細胞中心前期發明的拉曼分選和測序技術(RACS-Seq)技術(Xu, et al., Small, 2020),CAST-R有望在單細胞精度建立耐藥表型和基因型的聯系,從而跟蹤超級細菌的出現與耐藥性的傳播。
  該工作由北京協和醫院檢驗科楊啟文教授和單細胞中心徐健研究員共同主持完成,得到了北京協和醫院檢驗科徐英春教授、青島大學附屬醫院檢驗科朱元祺教授和單細胞中心馬波研究員等的支持。獲得了中科院先導專項、基金委國家重大科學儀器研制項目、中科院STS區域重點項目、廣州生物島實驗室等的資助。(文/戴靖 圖/劉陽)
  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. 
  

 


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