单细胞拉曼光谱技术：自动化拉曼病原药敏快检系统
导读：中国科学院青岛生物能源与过程研究所单细胞中心与北京协和医院、青岛大学附属医院和青岛星赛生物等合作，利用重水标记单细胞拉曼光谱技术（D2O-SCRS），建立自动化版拉曼病原体药敏快检系统。
多重耐药菌（MDR）和其耐药性的传播已成为全球公共卫生问题。MDR引起的血流感染往往病情较重，快速完成药敏检测并采取有针对性的治疗措施，对降低患者的死亡率至关重要。目前，病原药敏试验耗时很长，导致临床医生主要依赖经验进行治疗。开发一种简单、快速、准确，而且临床广谱适用的药敏表型试验方法一直是临床上的迫切任务。
近期，中国科学院青岛生物能源与过程研究所单细胞中心与北京协和医院、青岛大学附属医院和青岛星赛生物等合作，以替加环素治疗败血症为模型，利用重水标记单细胞拉曼光谱技术（D2O-SCRS），建立自动化版本的拉曼病原体药敏快检系统（CAST-R），将常见病原体（血液感染阳性培养瓶内）的药物敏感性实验（AST）的时长缩短至3小时，实现10倍加速，可在培养瓶报阳当天得出药敏结果。
该研究从血培养阳性培养瓶中样本开始，使用CAST-R中自动化液体处理工作站（PLS），一站式完成样品D2O孵育、自动清洗和芯片定位。然后，利用仪器内置的软件（自主研发的算法）实现细胞精准定位与高通量拉曼光谱采集。最后，结合机器学习实现光谱采集过程的自动化和智能化以及光谱的质量控制，得出准确药敏结果。CAST-R可针对血培养阳性培养瓶中的病原体直接进行自动化的药敏试验，速度提高了10倍。
青岛能源所单细胞中心前期提出“最小代谢活性抑制浓度（MIC-MA）”这一测量药物敏感性的新概念。在此基础上，该研究引入了“eMIC-MA”概念，以有效排除菌株起始状态和仪器改变对检测结果的影响。通过CAST-R测试100株鲍曼不动杆菌临床分离株对替加环素药敏性，与临床金标准（微量肉汤稀释法；BMD）相比较的基本一致率和分类一致率分别为99%和93%，从而验证CAST-R的准确性和可靠性。进而，针对26例患者血培养阳性培养瓶，测定了常见血流感染菌对替加环素、美罗培南、头孢他啶和氨苄西林/舒巴坦等8种抗生素的药物敏感性，并与BMD结果相比，分类一致率达到93%，验证了CAST-R在血流感染用药上的广谱适用性。
相关成果发表在mLife上。研究得到中科院战略性先导科技专项、国家自然科学基金委国家重大科学仪器研制项目、中科院科技服务网络计划区域重点项目、广州生物岛实验室等资助。
来源于：青岛生物能源与过程研究所
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张小鱼
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