旧金山加州大学Alan H. Wu博士于2013年8月1日在AACC年会上以肌钙蛋白为例来讲解,中心实验室和POCT未来技术在临床实践中的应用,并回顾了多家公司的新技术,让我们对未来POCT创新趋势一目了然。 心肌肌钙蛋白 从当前这一代灵敏度检测到高敏检测,心肌肌钙蛋白的标尺升高了。目前我们并没有高敏检测,急诊科更不可能用它们来加快周转时间。坏消息是大家不想成为患者,不一定非要这种服务。好消息是我们都有工作,都有事要做。 中心实验室与POCT 我们可以实现30分钟周转时间,中心实验室也能。然而,同时如果我们实施了当前一代的床旁检测(POCT),我们就会有其他局限性。你能承受和接受这些局限性吗,还是将牺牲周转时间?长远来看,中心实验室与POCT谁会赢?我认为最后POCT会赢。不过,当下情况并不是这样。 上述5个研究明确表明如果在急诊科使用POCT,可以降低周转时间。在我们实验室,周转时间大约为50分钟,该报告显示大约90分钟。但是,我们需要降低到也许30分钟。 心脏标志物POCT策略 心脏标志物POCT有最初的定性试纸,和定量测流床旁检测设备。测流设备使用各种阅读器,尽管没有我们所需要的分析灵敏度或精密度,但是我们可用的。事实上测流市场巨大,不仅在临床化学领域,还有兽医学,食品饮料,药物,环境等。这是我们非常熟悉的一项技术,如表2.1所示,临床领域占主导地位。在临床领域内,有怀孕、脂类、吸毒、非处方药等,心脏标志物也处于主导地位,虽然它是最大的但不一定是最好的。见表2.2。 其他策略包括台式定量全血分析仪,微流体学。台式定量全血分析仪有分析灵敏度或精密度,与中心实验室成竞争关系,但并不是高敏检测,仍不能做到我们需要在5年内实现的目标。i-STAT不是特别灵敏或精密,但是首批采用微流体学的设备之一。因此我想传达的概念是,与更符合未来需求的程序相比,我们能从不精密的床旁检测过程获得什么。 POCT与中心实验室检测的差异 POCT与中心实验室之间的灵敏度存在差距吗?当然有差距。“当心差距”就够了吗?答案是否定的。如果我们使用不精密的测流床旁检测设备,我们就不能提供所需水平的服务。 中心实验室如何提高分析灵敏度?其中一个策略是用两种以上抗体,有点像“三明治”,上下和夹层。如果有两个以上抗体,就可以检测之前因为没有抗原决定部位而漏掉的片断。整体概念就是灵敏度即尽可能多检测。其次,使用嵌合抗体。我们从完全鼠抗体,人抗体,到人源化抗体(有鼠的成分,Fab 片断有抗原决定部位),嵌合抗体(活性很强)。这些对于分析灵敏度来说都是很好的改进。只通过增加样品量,增加培养时间,我们也能够获得高敏检测。 但是,至少我们可以通过看楼层平面图得到线索,图3是我下载的一个急诊科平面图。最下面是他们所说的快速通道,我们希望把所有胸痛患者都放在这些床位,那里是不错的中心位置,护士站就在旁边,也许这种几何学有助于使用台式分析仪,因为他们方面采取措施。与图3相反,图4的快速通道和急症护理之间有些距离,可能他们使用的是手持型POCT设备。所以我认为两者将共同发展,后面我们将看到利用这些概念的不同类型策略。 在看那些之前,我们可能会问我们能改善测流吗?测流已经废弃,还是我们可以做点什么来挽救?去年发表的一篇文章(Linares et al. J Immunol Methods 2012;357:264-70.)描述了不同的颗粒,我们可以看到有金纳米颗粒,银包被金纳米颗粒,蓝色乳胶颗粒,炭黑。研究者表示虽然金纳米颗粒是金标准,但事实上炭黑可能更好。这些数据表明利用不同的颜色或不同类型的颗粒可能得到更高灵敏度。
本周我在AACC会议上见到上述这种产品(图6),但没体验过。我们用手机把测流图片照下来,然后发到该条码阅读器上,读取结果。这种设计更适合产生条状结果的定性POCT设备。但是如果可以使读取方法标准化,那我们所需要的就是用智能手机照张图片。我认为这是一种很聪明的做法。 POCT创新 抛开测流,我们需要思考下一代POCT创新是什么。很多年前的一部电影,Dustin Hoffman主演的毕业生的一幕,导师告诉Hoffman,“一句话,未来就是‘塑胶业’”。而我想POCT创新的未来就是微流体学。 例如,边长分别为1、2和3的立方体,最大的表面积与体积比?结果表明最小的立方体,其表面积与体积比最大。那么放眼于床旁检测设备呢?我们将关注发生在非常小表面的反应,比如纳米管、纳米球、纳米碳颗粒,这是很多人关注的。 Nanomix公司:使用纳米管(CNTS)增加表面积 Nanosphere公司:纳米颗粒 数年前Nanosphere公司确实有肌钙蛋白检测,算是应用先河,不过已经退出。我不能百分百确定其心脏标志物STAT是多少,但是仍非常活跃于其他领域。他们利用传统微探针与纳米球结合,通过将纳米球与DNA条形码探针相连来增强检测。讲到DNA,你就会想到PCR扩增的可能性,所以这是一项信号扩增技术,可用作蛋白标志物,本身也可作为DNA探针。 Nanomix公司 电化学检测: Quanterix公司:飞升单位(femtoliter)细胞 在本周之前我从未见过这种概念,但是印象非常深刻。我们知道毫升、纳升,现在讲飞升反应细胞,令人十分兴奋。他们将包被微珠放进含飞升反应细胞的阵列中,上面用油密封,清除未结合的探针,最后测量孔中的荧光团。有单分子计数。从我见到这项技术开始,我认为很有可能实现超高分析灵敏度,以飞升/飞摩尔浓度的灵敏度。灵敏度可能小10-100倍,检测限小于我们至今拥有的一切包括中心实验室。对于肌钙蛋白,实际上可能有些过度反应了,因为现在我们已经不需要查看低于正常水平的水平了,没有临床意义。但是如果这项技术用于其他标志物,我们还不清楚会怎么样,因为浓度如此低,我想这有待观察。我在该公司或对这件事没有知识产权利益。 多分析物分析 另一个未满足的需求和下一代试验所需的是多标志物分析。如果我们需要进行不止一个试验,那么我们就需要可以进行多标志物分析的平台。这是一个焦点。如图8所示,7-8年前得克萨斯州立大学西南医疗中心James deLemos发表了一篇文章,研究所有这些不同的分子,ACS和心衰的生理学途径。现在其中很多分析物都不用了,我认为将来我们不止需要做高敏肌钙蛋白。所以为了这一天做准备,我们需要拥有高敏检测和多路功能的工具。 Proxim公司:多路电化学(EC)检测 你可以看到很多不同的传感器,同时整合在一个芯片上。Proxim检测系统相对于传统ELISA的优势: 其他公司如Cyvek:玻璃纳米反应器 Cyvek公司使用纳米反应器,其优势在于直径非常小,跟头发大小差不多。这些空心管排列成一种试剂盒。你可以执行多个反应,由于微流体学这些反应完全独立于彼此。微流体学将样品分离到单个腔室内,有点像随机存取临床化学分析仪。 Cyvek公司:独立反应提高灵敏度 这些数据比较单独IL5检测项目以及结合UIL1β和IL10等检测项目,还有 3元、4元反应。在某些系统中,随着分析物数量增加,分析信号减少。由于各自独立,所以这是多反应设备,而不是多元设备。 其他创新:互补金属氧化物半导体(CMOS) 磁敏电阻传感器-MagArray Silicon Biodevices:芯片实验室 Silicon Biodevices是芯片实验室。如图12所示,你可以看到一个手持设备,将血液滴到过滤器内,过滤器下面是包含磁颗粒的干燥试剂,这跟我们在当前实验室所做的相似。我们有微颗粒和所需的间隔。就像测流一样,有一个包被了抗体的区域,可能是质控抗体和靶抗体。 芯片的作用就是分离结合物,如果颗粒没有附于阵列抗体,它则移动到旁边(图13上半部分)。如果附于抗体上,它则停留在有传感器的表面。添加磁珠之后形成图13下半部分左侧结构。末端是没有结合的颗粒,中间是有抗体的分析信号。中间信号越多,表明肌钙蛋白浓度越高。 CardioCanary公司 病人体上检测: 基于导管的系统: Seventh Sense Biosystems公司 Seventh Sense Biosystems 拥有一个血液采集设备,非常独出心裁。该TAP系统穿透最上面的皮肤层,利用新型微流体学提取过程使血液转移到综合收集库。提取的血液可在现有的诊断仪器上进行分析或者与完全整合的从样品到结果的测试连接。 TAP只是用于无痛收集少量血液的独立设备,也许将来可连接至某些类型的床旁检测设备。但是也许我们可以看到这种下一代体上诊断设备不仅可以收集血液,还可以在同一个试剂盒内做检测。随着时间流逝我们也许可以做多元检测,目前其尚未应用于心脏标志物,因为免疫测定比我们当前想象的在ICU环境中监测血糖更难。我认为有价值这样做,我只是想知道一个患者在24小时内每小时的血糖或者在18小时内每6小时的血糖。也许这种设备可用于此类情况。 本文编译:《临床实验室》王小茜 摘自定向点金《临床实验室》杂志2014年第三期 |