嗅脚判断感染

电子鼻或能快速诊断糖尿病足部感染
来源:维基百科;修改:Jason Tetro

在细菌培养快速分析出现很久之前,确定细菌培养性质最常见的方法是闻。只需打开培养皿或试管,吸入其散发的味道,就能提供一些线索,表明哪些菌种正在生长。铜绿假单胞菌有独特的葡萄味。大肠杆菌有独特的粪便气味。还有葡萄球菌。金黄色葡萄球菌闻起来像腐烂,而表皮葡萄球菌闻起来像陈年的汗水。

气味识别的诀窍在于生长产生的副产物。许多化学物质是挥发性的,可以被训练有素的鼻子捕捉到。因此,这些化学物质被用作快速诊断的目标也就不足为奇了。但人鼻并非完美,因此研究人员已转向技术手段,开发模仿我们鼻腔感受器的传感器。

电子鼻自20世纪80年代问世以来,经过多年的发展。大多数研究都侧重于挥发性有机化合物(VOCs),以最好地识别可能导致疾病的微生物群体。通过适当的传感器,可以快速检测到感染,并开始治疗。

有效的电子鼻诊断已有实例。其中最成功的一种是检测肺结核。这种病菌产生的VOCs非常独特,可以在痰液和呼吸中检测到。胃肠道疾病也可能被电子嗅觉传感器检测到。甚至血液和尿液也被研究作为VOCs的可能来源。

现在,一种新的电子鼻问世,专门针对足部。一个亚洲研究团队证明电子鼻可以检测糖尿病足部感染中的微生物。尽管专注于糖尿病足部似乎有些奇怪,但研究人员揭示了这种感染对医疗保健和生活质量的重要性。

糖尿病有多种并发症,包括足部问题。当感染发生时,可能难以治愈,不幸的是,唯一的解决办法就是截肢。曾经,这个问题并不普遍,但随着糖尿病发病率的不断上升,尤其是在美国,它已成为一个严重的问题。每年至少耗费16亿美元的医疗费用,但这与患者及其亲人的心碎相比显得微不足道。而且,如果能早期诊断,这种情况是可以预防的,至少是可以控制的。

不幸的是,这目前还不可能实现,因为确定微生物最常用的方法是培养。这可能需要几天时间才能进行分析。在这么短的时间内,伤口中的细菌会大量繁殖,并可能进入血液。唯一阻止这种情况发生的方法是将所需时间缩短到几小时甚至几分钟。

该研究的作者旨在找出如何快速检测感染,以便及早开始治疗。为了实现这一目标,他们首先必须弄清楚哪些细菌在造成损伤方面起着最大的作用。他们通过采集感染足部的样本并进行培养来完成这一点。他们发现了三个主要致病菌:铜绿假单胞菌大肠杆菌金黄色葡萄球菌

下一步是设计电子鼻,使其能够检测这三种菌产生的VOCs。他们使用了一种名为Cyranose320的仪器。拿在手里时,它看起来像一个对讲机,但没有扬声器或麦克风。相反,它有一个连接到32个传感器阵列的空气收集器。这些探测器能够识别包括糖尿病足部感染中的三种菌在内的六种菌产生的VOCs。这一切都可以在一分钟内完成。该研究的希望是利用Cyranose320准确识别临床样本中的菌种。

实验非常简单。研究团队在各种微生物培养基上培养感染,然后对传感器进行测试。在单一菌种感染中,敏感性和特异性的比率接近完美。当分析多菌种培养物时,也看到了相同的结果。该团队能够准确地检测到存在的菌种。结果是完全成功的。

然而,有一个问题。为了进行测试,研究小组必须在分析前对细菌进行培养。他们从未用实际患者测试过Cyranose320。尽管如此,结果表明这是下一步的逻辑步骤,并且应该在未来进行。

虽然这本质上是一个概念验证,但他们已经证明了电子鼻的潜在益处。通过持续的测试,这种仪器可以帮助加快感染检测速度,并缩短所需的确切治疗时间。如果这一切成为现实,那些遭受糖尿病足溃疡折磨的人们可能很快就能将这种并发症视为可控的,而无需担心失去我们身体最宝贵部位的最坏情况。

 

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自青少年时期起,Jason Tetro就把实验室视为他的第二个家。他在微生物学和免疫学方面的经验使他涉足多个领域,包括血液传播、食品和水病原体;环境微生物学;消毒和防腐;以及SARS、禽流感和寨卡病毒等新兴病原体。他目前是圭尔夫大学的访问科学家。在公众中,Jason更广为人知的名字是“The Germ Guy”(细菌 guy),他经常在媒体上以其有时非传统的视角解读科学。Jason著有两本书:《The Germ Code》(2014年入围年度科学图书奖)和《The Germ Files》(曾连续几周登上全国畅销书榜)。他还合编了《The Human Microbiome Handbook》(人类微生物组手册),该书从学术角度探讨了微生物对人类健康的影响。他住在多伦多。

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