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登革熱檢測的現在與未來(二):超棒的登革熱檢測

許多人對醫院有所顧忌,同時也不希望讓人知道是否生病了,可是又要做檢測,怎麼辦呢?如果能像驗孕棒一樣方便自行檢測,該有多好。這可行嗎?
 
 
 
生病是每個人都會有的經驗,但是很多時候我們不希望別人知道自己生病。而除了想要隱瞞疾病所造成的心理壓力,還得拖著病痛的身體到人滿為患的醫院排隊、掛號、等候醫生、等結果、等複診、等等,更是加重一般人不喜歡到醫院檢查的狀況。因此在醫療新科技中有一受歡迎的寵兒,稱為Point-of-care testing (POCT),中文有定點照護檢測、重點照護檢驗、即時檢驗等不同翻譯的名稱。其目的皆是要顛覆傳統醫療檢測需要在醫療院所來進行的侷限,而將醫療照護在接近病患的地點來進行,而病患一般是躺在床上,故也人稱此科技為床邊檢測 (bedside testing),而目前最為人所知的產品即是驗孕棒。對於每年溽暑造成南部居民痛苦的登革熱,是否可以使用此種超“棒”的科技產品來檢測呢?
 
從技術面而言,此種驗孕棒型的試紙檢測方式稱為橫向流動測試 (lateral flow test),是利用抗原與抗體結合後,再顯色在測試線(test line),因而得知是否為陽性反應。抗體在檢測棒製作時就會固化在裝置的內部,而抗原是來自病患在檢測時所提供的體液。一般而言,人體可用於檢測的體液有尿液、血液與口水三種。驗孕棒即是使用尿液,然而使用尿液主要是針對檢測的對象在下腹腔位置循環的物質,較容易由尿液中蒐集到濃度足夠的抗原,對於登革熱並不適用。血液是傳統醫療所偏好的檢測體液,幾乎所有的疾病檢測皆可適用,因為血液中含有各式各樣可供檢測的生物標記物 (biomarker),然而複雜的血液成分需要前處理將不相關的成分物質做分離、並放大欲檢測的標地抗原才能進行;除此之外,血液的抽取需要專業的醫護人員來進行,因此許多疾病的檢測不適用於檢測試紙這類簡易的裝置。最後,口水也有各種淋巴細胞可提供檢測,同時免疫球蛋白在唾液中與在血液中的量是呈現高度相關,因此相較於只有侷限項目可適用的尿液與侵入性的血液蒐集方式,唾液是相當好的樣本蒐集對象。
 
然而若要使用唾液為樣本,在驗孕棒這類傳統試紙的裝置會有三個困難。首先,口水淹沒檢測試紙 (Flooding),因為唾液中檢體的濃度遠較血液為低,故需要大量的唾液,而大量的唾液會淹沒傳統的測試紙。其次,必要的前處理 (Pre-treatment) 將裝置複雜化,如前所述口水具有多種可供做檢測的物質,而當要針對某一特定疾病,其他物質即成為干擾物,為避免雜質影響檢測的準確率,需要前處理先將唾液中不相關的物質過濾掉,然而前處理即破壞單一裝置即能完成檢測的目的,增加複雜度、降低一般民眾使用的便利性。最後,也是最困難的是口水的黏稠性。橫向流動測試端賴於病患的樣本中的抗原與原本固定於裝置中試紙的抗體結合而呈色,據此判斷是否為感染的判斷方式。然而黏稠的唾液中富含各種高濃度的黏蛋白,一是單靠毛細孔現象吸附檢體流動的測試紙,其微孔洞不適於輸送高黏度的唾液,無法順利將口水中的抗原送至檢測區,來形成抗原抗體結合。其次是這些唾液中的黏蛋白會包覆在已結合的抗原抗體上,成為更大的聚合物,既無法到達測試線、也無法在測試線上呈色。
 
對於唾液不適用於傳統測試紙的缺點,新加坡的生物工程和奈米科技院(Institute of Bioengineering and Nanotechnology, IBN) 的研發人員開發新的疊層流設計,並將其應於登革熱檢測。如圖所示,整個設計主要有試劑墊 (Reagent Pad,讓試劑流過)、樣本墊 (Sample Pad,讓唾液流過),流體調節裝置 (flow regulator用來分隔試劑與唾液)、檢測試紙 (test strip,用以顯示測試的結果)。疊層流設計與傳統試紙的差別有:加長的樣本墊與具有分離試劑墊與樣本墊功能的流體調節裝置。傳統試劑紙的樣本墊幾乎是直接與試劑墊相接,新的設計有較長且獨立的樣本墊,讓口水樣本不會直接碰觸到在試劑墊的抗體。在碰觸到試劑墊之前,唾液檢體需要先自行流經長長的樣本墊,而在流動的過程中,唾液中各種不同大小蛋白質分子即會被分開來,大的分子微粒較難通過試紙的微孔洞而跑得慢,小的分子微粒則較快穿越試紙。因此在口水檢體到達抗體之前,口水中多餘的蛋白物質或微粒已被依照大小分離,之後才到達流體調節裝置,分批與試劑墊上的抗體嘗試做結合,並同時往測試線流動,若有正確的抗原抗體結合就會在測試線上呈色。如此一來,在沒有前處理的情況下,避免了唾液中的雜質干擾抗原抗體的結合。除此之外,也避免傳統試紙中抗原抗體聚合之後,唾液中不相關的蛋白再黏合在聚合體上,使聚合體動彈不得,無法到達測試區的狀況。

疊層流設計解決了口水過於黏稠、而無法直接使用於傳統試劑紙的問題。然而要在隔壁超商買到登革熱的檢驗棒,此種定點照護檢測的技術仍然尚未成熟。登革熱依表面抗原的不同可分為4種血清型,再加上初次感染與二次感然的反應相差甚多,目前的診斷技術需要藉由血清來確診,若要使用口水為檢測樣本,其效果會比較差。新加坡的研究團隊仍在等待更好的唾液專用的抗原抗體模式,希望在不久的未來能有對於包含如初次感染、出血性登熱做出超越驗孕棒等級的超“棒”定點照護檢測技術。
(本文由科技部補助「新媒體科普傳播:工程技術與社會風險之新媒體溝通」執行團隊撰稿)
責任編輯:陳健祺 副教授
 

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