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雷射的多元醫學應用:基質輔助雷射脫附游離/飛行時間質譜法 (MALDI TOF MS)]於感染的快速檢測

105/11/11 瀏覽次數 4070
由於血液感染的病人有著極高的死亡率和發病率,因此快速的鑑定患者是受到何種微生物的感染可以縮短檢測到投藥的時間,對於治療是極為重要的。研究發現,若一開始的治療正確,則存活率將比不正確的投藥其存活率高五倍。臨床的標準步驟是從病人身上抽取血液後進行培養,接著將具有陽性結果的血液培養瓶送至檢驗室,偵測致病菌種。若使用一般的微生物鑑定法,例如聚合酶連鎖反應(polymerase chain reaction,PCR)、螢光原位雜合(fluorescent in situ hybridization,FISH)或生化鑑定,必須先培養出單一菌落至可偵測的濃度範圍,一般需要花上1~3天的時間,且只能單次運作,因此這樣的檢測方法通常無法快速確定致病菌種,常常延誤了正確的抗生素投藥時間。

許多人應用Hillenkamp 等人提出的基質輔助雷射脫附游離/飛行時間質譜法[matrix-assisted laser desorption ionization time-of-flight mass spectrometry (MALDI TOF MS)]方法來偵測陽性血液培養瓶中的微生物。Aleksandra等人於2015年利用MALDI TOF MS 偵測菌種,整個過程只需要25分鐘即可完成。其原理是將分析物與大量吸光的有機酸基質混合,形成共結晶後,再利用脈衝雷射光照射此共結晶表面。使得分析物游離形成氣相之離子,所產生的氣相離子最後被送進飛行時間質譜儀(TOF MS)偵測其質量與電子比後轉換為圖譜呈現。接著與資料庫比對後即可完成微生物菌株鑑定,相較於傳統鑑定方式(1~3天),可大大減少鑑定所耗費的時間。

雖然,近十年來已經有許多研究者以MALDI TOF MS在實驗室中探測細菌菌種,但是萃取陽性血液細胞沉澱物的前置作業往往耗費了許多時間! Aleksandra等人使用不同的萃取細胞沉澱物的方法,他們開發出來的樣本處理程序帶來很高的應用價值,只要小體積樣品(約1 mL),並使用皂素(saponin)裂解紅血球後,再利用甲酸覆蓋在萃取出的細胞沉澱物上,此方法能大大地縮短陽性血液萃取細胞沉澱物的前置作業時間!如此一來,便能縮短鑑定出正確菌種的時間,也就能更快的投予正確的抗生素,因而提高病人的存活率,有助於醫療照護。由於Aleksandra等人使用容易取得且較不昂貴的甲酸做為基質,因此這樣的方式相當具有商品化的潛力。

不過,此研究結果對於單株菌種感染有較好的鑑別效果,若血液中有多種細菌同時存在,則無法測出全部的菌種。而在菌種方面,對於鑑別革蘭氏陰性菌的成功率較革蘭氏陽性菌高,例如成功的鑑別腸桿菌屬(革蘭氏陰性菌)或腸球菌屬(革蘭氏陽性菌)的菌種。另外,Aleksandra等人對於部分革蘭氏陽性菌,如金黃色葡萄球菌或凝固酶陰性葡萄球菌的鑑定也有良好的實驗結果。但是,研究中發現有一例弗氏檸檬酸桿菌被誤認為瑞士乳酸菌!且對於偵測鏈球菌屬的菌種,如緩症鏈球菌、肺炎鏈球菌及沙門氏菌的結果正確率偏低。

筆者認為此研究已能大大縮短鑑定菌種的時間,若能更進一步利用此方法直接測定血液中的菌種對於抗生素的敏感性的話,將潛力無窮。

備註
感謝科技部補助「新媒體科普傳播:健康醫藥新媒體科普傳播實作計畫III, MOST 104-2515-S-214-001」。
 
責任編輯:黃耿祥
審校:楊智惠、李俊廷
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