يصف هذا البروتوكول طريقة LAMP تعتمد على شريحة مائعية دقيقة متكاملة تماماً، تتيح الكشف في نقطة الرعاية عن 15 مسبباً للأمراض المسببة لعدوى الجهاز التنفسي السفلي لدى مرضى وحدة العناية المركزة في غضون ساعة واحدة.
يتطلب اشتراك JoVE لعرض هذا المحتوى. تسجيل الدخول أو ابدأ نسخة تجريبية مجانية
مقالة منهجية
* These authors contributed equally
يصف هذا البروتوكول طريقة LAMP تعتمد على شريحة مائعية دقيقة متكاملة تماماً، تتيح الكشف في نقطة الرعاية عن 15 مسبباً للأمراض المسببة لعدوى الجهاز التنفسي السفلي لدى مرضى وحدة العناية المركزة في غضون ساعة واحدة.
تعد عدوى الجهاز التنفسي السفلي (LRTIs) من الأسباب الرئيسية للتدهور السريري والوفاة لدى المرضى في الحالات الحرجة. وفي وحدة العناية المركزة (ICU)، يعد التعرف السريع على المسبب المرضي أمراً ضرورياً لتحديد العلاج المناسب بمضادات الميكروبات؛ ومع ذلك، تستغرق طرق المزرعة التقليدية من 3 إلى 5 أيام وتتميز بمعدلات إيجابية دون المستوى الأمثل، لا سيما بالنسبة للفطريات. وبالرغم من أن النهج الجزيئية مثل PCR تقلل من وقت الحصول على النتائج، إلا أنها لا تزال تعتمد على الاستخلاص اليدوي للأحماض النووية والدورات الحرارية، مما يحد من ملاءمتها للاستخدام بجانب سرير المريض. يصف هذا البروتوكول سير عمل لنقطة الرعاية يعتمد على شريحة مائعية دقيقة مدمجة بالكامل على شكل قرص (CD chip) تجمع بين تنقية الأحماض النووية القائمة على الخرز المغناطيسي والتضخيم متساوي الحرارة بوساطة الحلقة (LAMP). فبعد خطوة مبسطة من الإسالة والتحلل اليدوي، يتم تحميل العينة المعالجة على الشريحة جنباً إلى جنب مع قارورتين من الكواشف المعبأة مسبقاً. ومن ثم يقوم الجهاز ذاتياً بعمليات الاستخلاص، والتضخيم عند 65 °C، وقراءة الفلورة في الوقت الفعلي، ليعطي نتائج نوعية لـ 15 هدفاً، وهي 1 نوعاً من البكتيريا، و3 أنواع من الفطريات، ومسبب مرضي غير نمطي واحد، وذلك في غضون 45 min من وقت تشغيل الجهاز (حوالي 1 h لسير العمل الكامل من العينة إلى النتيجة، بما في ذلك خطوة المعالجة المسبقة اليدوية). ونقدم هنا بيانات الكشف من 10 عينات من وحدة العناية المركزة، بما في ذلك البلغم، والشفاطات الشعبية، وسوائل غسيل القصبات والأسناخ، والتي شملت عدوى بمسبب مرضي واحد وعدوى مشتركة متعددة الميكروبات تضم ما يصل إلى 7 كائنات حية على شريحة واحدة. ويقلل تصميم الخرطوشة المغلق من خطر التلوث بالرذاذ، كما أن خطوة التحميل الواحدة لا تتطلب تدريباً متخصصاً، مما يجعل هذا النظام أداة تشخيصية عملية بجانب السرير لفرق العمل في وحدة العناية المركزة.
تظل عدوى الجهاز التنفسي السفلي بين المرضى الذين يعانون من حالات حرجة في وحدة العناية المركزة، وعلى رأسها الالتهاب الرئوي المرتبط بجهاز التنفس الاصطناعي (VAP)، محركًا مستمرًا للمراضة، وإطالة مدة التهوية الميكانيكية، وزيادة معدلات الوفيات1,2. ويختلف المشهد الميكروبيولوجي لعدوى الجهاز التنفسي السفلي (LRTIs) المكتسبة في وحدة العناية المركزة بشكل ملحوظ عن الأمراض المكتسبة من المجتمع؛ حيث تسود البكتيريا سالبة الجرام المقاومة للأدوية المتعددة (Klebsiella pneumoniae، وPseudomonas aeruginosa، وAcinetobacter baumannii)، وغالبًا ما تظهر في مجموعات متعددة الميكروبات مما يربك الأنظمة العلاجية التجريبية3,4. كما تضيف الفطريات الانتهازية طبقة أخرى من التعقيد، إذ أصبح داء الرشاشيات الرئوي الغازي، الذي كان يُعتبر سابقًا سمة مميزة للتثبيط المناعي الشديد، يُشخص الآن بوتيرة متزايدة لدى مرضى وحدة العناية المركزة غير المصابين بنقص العدلات، ولا سيما بعد الإصابة بالإنفلونزا الشديدة وكوفيد-195. وتجمع خوارزميات التشخيص الحالية لداء الرشاشيات بين المزارع ذات العائد المنخفض واختبار مستضد الجالاكتومانان (GM)، ومع ذلك، فإن فحص GM مقيد بنوافذ تشخيصية موثقة جيدًا وحساسية متغيرة في المضيفين غير المصابين بنقص العدلات6. وترتبط كل ساعة تأخير في بدء العلاج المناسب بمضادات الميكروبات لحالات تسمم الدم بزيادة ملموسة في معدل الوفيات7. وبناءً على ذلك، فإن سرعة وتعقيد عدوى وحدة العناية المركزة تتطلب أدوات تشخيصية يمكنها مواكبة الاستعجال السريري.
تعد المزارع الميكروبيولوجية القياسية، رغم أنها لا غنى عنها لاختبارات الحساسية، محدودة السرعة بشكل أساسي؛ حيث تتراوح فترة ظهور النتائج من 3 إلى 5 أيام، وتُفقد الكائنات الدقيقة صعبة النمو، كما تظل نسبة إيجابية المزارع الفطرية منخفضة8. ويوفر تسلسل الجيل التالي الميتاجينومي (mNGS) بديلاً غير متحيز، إلا أن اعتماده السريري يحده التكلفة، وأوقات المعالجة التي تتراوح من 24 إلى 48 ساعة، والاعتماد على خطوط تحليل المعلوماتية الحيوية، ومحدودية الجدوى عند نقطة الرعاية9. وقد ساهمت اللوحات المعتمدة على تقنية PCR في تقليص الفجوة الزمنية، ولكنها لا تزال تتطلب استخلاصاً للأحماض النووية متعدد الخطوات، وأجهزة للدورات الحرارية، وبالنسبة للتنسيقات التقليدية، تتطلب الفصل الكهربائي بعد التضخيم10. ولا يلبي أي من هذه الأنظمة المتطلبات المتلازمة لوحدة العناية المركزة (ICU): سرعة تقل عن ساعة واحدة، وأقل قدر من الوقت للتنفيذ اليدوي، وتغطية متعددة لمسببات الأمراض بما في ذلك الفطريات، وبساطة تشغيلية كافية لغير المتخصصين في المختبرات.
يعالج التضخيم متساوي الحرارة بوساطة الحلقة (LAMP) العديد من هذه القيود. تضخم هذه الطريقة، التي وصفها Notomi وزملاؤه لأول مرة، الحمض النووي المستهدف عند درجة حرارة ثابتة تبلغ 65 °C باستخدام مجموعة من أربعة إلى ستة بادئات تتعرف على ست مناطق متميزة، بدفع من بوليميراز إزاحة السلاسل1. ويولد التفاعل تراكيب تضخيم مميزة على شكل حلقة ساقية وأخرى تشبه القرنبيط يمكن الكشف عنها عبر الفلورة في الوقت الحقيقي، مما ينتج منحنيات على شكل حرف S في غضون دقائق من تجاوز العتبة. وتكون الحساسية عالية عند التركيزات المنخفضة للقالب، كما يمنح تصميم البادئات المتعددة انتقائية تحد من النتائج الإيجابية الكاذبة12,13. وعند ربطها بمنصات شرائح الموائع الدقيقة، يمكن تنفيذ تقنية LAMP بشكل متوازٍ عبر أهداف متعددة من حمولة عينة واحدة14. وقد أظهرت أعمال سابقة أنظمة شرائح LAMP تكشف عن الممرضات التنفسية في وقت استجابة يقل بكثير عن ثلاث ساعات15. ومع ذلك، فإن القيد الرئيسي لهذه الأنظمة هو اعتمادها على استخلاص يدوي ومنفصل للحمض النووي، مما يزيد من الوقت والتعقيد التشغيلي وخطر التلوث.
يقضي النظام الموصوف هنا على تلك العقبة. حيث يعتمد النظام على شريحة مائعية دقيقة (microfluidic chip) قرصية الشكل تستخدم لمرة واحدة (بقطر 86 mm)، وهي تدمج عمليات تحميل العينة، وتنقية الأحماض النووية القائمة على الحبيبات المغناطيسية، وتضخيم LAMP متعدد (16-plex) في خرطوشة واحدة محكمة الإغلاق (الشكل 1). يقوم المشغل فقط بخطوة يدوية وجيزة للإسالة والتحلل باستخدام أنبوب معالجة مصمم لهذا الغرض، ثم يقوم بتحميل ناتج التحلل (lysate) وقارورتين من الكواشف على الشريحة (الشكل 2). ومن تلك النقطة فصاعداً، يتولى الجهاز عمليات الاستخلاص، والتضخيم المتساوي الحرارة عند 65 °C، واكتساب الفلورية بشكل ذاتي، مما يقدم نتائج نوعية لـ 15 هدفاً ذات صلة سريرياً، وهي 1 نوعاً من البكتيريا، و3 أنواع من الفطريات (Aspergillus spp.، وCandida albicans، وPneumocystis jirovecii)، وممرض غير نمطي واحد (Mycoplasma pneumoniae)، وذلك في غضون 45 min. ويُستخدم جين عائلة نقطة انكسار الورم الأرومي العصبي (NBPF) كضابط داخلي للتحقق من كفاية العينة وسلامة التفاعل في كل مقايسة. يوفر هذا البروتوكول تعليمات خطوة بخطوة لسير العمل الكامل، بدءاً من جمع العينات من وحدة العناية المركزة (ICU) مروراً بالمعالجة المسبقة، وتحميل الشريحة، والكشف الآلي، وتفسير النتائج، وهو موجه لكل من كوادر المختبرات السريرية وفرق العمل بجانب سرير المريض في وحدة العناية المركزة.
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
جُمعت جميع العينات وفقاً لبروتوكول معتمد من لجنة مراجعة الأخلاقيات في مستشفى كلية بكين الطبية المتحدة التابعة للأكاديمية الصينية للعلوم الطبية (رقم الموافقة I-24PJ178). وتم الحصول على موافقة كتابية مستنيرة من كل مشارك أو ممثله القانوني المفوض قبل جمع العينات. وتظهر قائمة مسببات الأمراض المستهدفة وتوزيعات آبار التفاعل في الجدول 1، بينما تظهر المواد الاستهلاكية المستخدمة أثناء المعالجة الأولية للعينات في الجدول 2.
1. جمع العينات السريرية من الجهاز التنفسي السفلي في وحدة العناية المركزة
2. الإسالة وتحلل الممرضات
3. تحميل الشريحة والكشف الآلي
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
بعد اكتمال تشغيلة صالحة، عرض الجهاز منحنيات الفلورة في الزمن الحقيقي لجميع القنوات الـ 16. أظهرت القنوات الإيجابية ديناميكية التضخيم على شكل حرف S كما هو متوقع، مع قيم TP المحددة تلقائيًا، في حين بقيت القنوات السلبية عند مستوى القاعدة. أعطت قناة IC (الحفرة 16) منحنى على شكل حرف S مع قيمة TP < 12 دقيقة في جميع التشغيلات الصالحة.
كاختبار تجريبي أولي لإثبات مفهوم البروتوكول، تم اختيار 10 عينات تمثيلية لتوضيح نطاق السيناريوهات السريرية التي تُصادف في ممارسة وحدة العناية المركزة، بما في ذلك 6 ع...
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
يُعد التعرف السريع على المسببات المرضية أمراً بالغ الأهمية في إدارة العدوى داخل وحدة العناية المركزة (ICU). يقلل النظام الموصوف هنا الوقت اللازم للتعرف على المسبب المرضي من 3 إلى 5 أيام، وهي المدة المطلوبة عادةً للمزرعة، إلى أقل من ساعة واحدة، وهو الإطار الزمني الذي تُتخذ خلاله غالباً قرارات استخدام مضادات الميكروبات كخط علاج أول7. ومن خلال دمج عمليات استخلاص الحمض النووي وتنقيته وتضخيمه باستخدام تقنية LAMP بـ 16 تفاعلاً متعدداً (16-plex) داخل شريحة واحدة محكمة الإغلاق، يلغي مسار العمل هذا خطوة اس...
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
يصرح المؤلفون بعدم وجود تضارب في المصالح.
المشروع الوطني الرئيسي للعلوم والتكنولوجيا للأمراض المزمنة غير المعدية (رقم 2023ZD051650)، وتمويل البحوث السريرية في المستشفيات ذات المستوى العالي الوطني (2026-PUMCH-A-103)، وبرنامج المنافسة المفتوحة لـ CMB (24-561)، وبرنامج تنمية المواهب في مستشفى كلية بكين الطبية المتحدة (رقم UGG1571).
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
| الاسم | الشركة | رقم فهرسي | التعليقات |
|---|---|---|---|
| محلل أحماض نووية آلي | Beijing Taihao Biotechnology Co., Ltd | THE-T80-01 | TurboFlow T؛ يقوم بتوزيع الكواشف عن طريق الطرد المركزي، والاستخلاص بالخرز المغناطيسي، وتفاعل LAMP عند 65 °C، والكشف عن الفلورة في الوقت الحقيقي (زمن التشغيل ~45 min) |
| ماصة باستور رقم #1 تستخدم لمرة واحدة | Zhongtai Experimental Equipment Factory (Haimen) | Custom-made | مستهلك يستخدم لمرة واحدة؛ 0.5 mL؛ لنقل العينة المتجانسة إلى أنبوب التحلل |
| ماصة باستور رقم #2 تستخدم لمرة واحدة | Zhongtai Experimental Equipment Factory (Haimen) | Custom-made | مستهلك يستخدم لمرة واحدة؛ 2 mL; لسحب العينة حتى الخط المحدد إلى أنبوب الإسالة |
| قرص CD | Beijing Hongyang Chensheng Technology Co., Ltd | Custom-made | مستهلك يستخدم لمرة واحدة؛ قرص بقطر 86 mm يحتوي على منطقة تحميل مركزية (المنافذ O وB وS)، ومنطقة تنقية بالخرز المغناطيسي، وحلقة خارجية بها 16 بئراً للتفاعل (15 هدفاً لمسببات الأمراض + ضابط داخلي NBPF) |
| كواشف تفاعل LAMP | Yeasen Biotechnology (Shanghai) Co., Ltd | 16730ES80 | كواشف تفاعل LAMP مخزنة مسبقاً في قرص CD على شكل خرز مجف بالتجميد |
| أنبوب إسالة | Beijing Taihao Biotechnology Co., Ltd | Custom-made | مستهلك يستخدم لمرة واحدة؛ 2 mL/tube؛ يستقبل العينة من أجل التجانس اليدوي |
| أنبوب تحلل | Beijing Taihao Biotechnology Co., Ltd | Custom-made | مستهلك يستخدم لمرة واحدة؛ 0.5 mL/tube؛ جسم من السيليكون قابل للضغط مع غشاء ترشيح 20 µm؛ يحتوي مسبقاً على كواشف التحلل |
| بادئات | Sangon Biotech (Shanghai) Co., Ltd | Custom-made | خليط بادئات مدمج في غرفة تفاعل قرص CD |
| جهاز المعالجة المسبقة للعينات | Beijing Taihao Biotechnology Co., Ltd | THE-R10-02 | TS-20؛ دورة آلية من الإسالة–التحلل (زمن التشغيل ~15 min) |
| قارورة جرعة واحدة “B” | Ruifu Biotechnology (Guangzhou) Co., Ltd | Custom-made | مستهلك يستخدم لمرة واحدة؛ كاشف معبأ مسبقاً على الشريحة؛ قارورة واحدة لكل اختبار؛ تُخزن عند 4 °C وتُترك لتصل إلى درجة حرارة الغرفة (~25 °C) قبل التحميل |
| قارورة جرعة واحدة “O” | Ruifu Biotechnology (Guangzhou) Co., Ltd | Custom-made | مستهلك يستخدم لمرة واحدة؛ كاشف معبأ مسبقاً على الشريحة؛ قارورة واحدة لكل اختبار؛ تُخزن عند 4 °C وتُترك لتصل إلى درجة حرارة الغرفة (~25 °C) قبل التحميل |
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.