$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
זיהומים בדרכי הנשימה הם זיהומים נפוצים הקשורים לבתי חולים, המטילים השלכות חמורות על חולים ומאמירים בשיעורי התמותה16. זיהוי מהיר ומדויק של פתוגנים פוטנציאליים ואחריו אנטיביוטיקה יעילה הוא המפתח לטיפול מוצלח ולשיפור הפרוגנוזה, במיוחד בהתחשב במגבלות הטבועות בשיטות תרבית מסורתיות17. במחקר זה, השתמשנו בשיטה מבוססת LAMP כדי לקבוע זיהומים בודדים או מרובים לזיהוי מהיר ומדויק של RTIs. מערכת זיהוי מהירה זו הוקמה על ידי שילוב טכנולוגיית LAMP עם טכנולוגיה microfluidic. חומצת הגרעין מדגימות קליניות, כגון כיח, BLF ו- ALF, ניתנת למיצוי במהירות. חומר מופק זה מאפשר זיהוי מהיר ומדויק של פתוגנים חיידקיים, ומנחה פרקטיקות קליניות לשיפור הבקרה והטיפול ב- RTIs.
מחקרים קודמים הראו כי בהשוואה לשיטות מבוססות תרבית ותגובת שרשרת פולימראז, תוצאות LAMP השיגו 100% רגישות, ספציפיות וללא תגובה צולבת עם חיידקים אחרים בתרביות טהורות ובדגימות דם18. בדיקות LAMP יכולות גם לזהות פתוגנים ישירות מנוזלים ביולוגיים, כגון דם, נוזל פלאורלי וצפק, ונוזל מוחי שדרתי19. הוכח בעבר כי DNA אקסוגני ומעכבים עשויים להפחית באופן משמעותי את הרגישות של PCR, ועבור בדיקות LAMP, טיהור של DNA מדגימות קליניות אינו נדרש20. טכניקה זו משתמשת בגנים של שמרים ובפריימרים במהלך תהליך ההגברה כדי להעריך את תקינות ההגברה, ובכך לקבוע את הכשירות של בקרת איכות בקרה חיצונית. בקרות פנימיות, המשתמשות בפריימרים מגנים אנושיים, קובעות את תקינות הדגימה, מיצוי חומצות גרעין ותהליכי הגברה. ניצול סימולטני של בקרות פנימיות וחיצוניות מבטיח את אמינות התוצאות. במקביל, מספר בארות בקרה חיוביות ושליליות מוקמות גם, אשר מבטיח מאוד את הדיוק של הבדיקה. לשבב מיקרופלואידי LAMP יש יכולות דומות ל- qPCR באיתור דגימות קליניות. יש לו מאפיינים של רגישות גבוהה ויכולת גילוי חזקה, המספקים בסיס אמין לגילוי קליני מהיר וטיפול מדויק21. תרבית מיקרוביאלית אורכת 3-5 ימים או אפילו יותר, וכמה פתוגנים, כגון דלקת ריאות כלמידיה ולגיונלה פנאומופילה, אינם ניתנים לתרבית. לעומת זאת, LAMP מזהה פתוגנים חיידקיים מרובים, אפילו אלה שאינם ניתנים לתרבית, תוך פחות מ-3 שעות, מה שמגביר משמעותית את מהירות האיתור.
זה יכול גם לבצע זיהויים מרובים. שבב מיקרופלואיד LAMP מחולק ליחידות תגובה שונות המזהות פתוגנים מרובים במקביל, ומבטיחות את עצמאותה של כל תגובה ואת דיוק התוצאות22,23. הנתונים ממרכז המעקב האנטיבקטריאלי של רשת סין הראו כי שכיחות K. pneumoniae דורגה במקום הראשון בין מבודדי חיידקים מדגימות נשימה בשנת 202215. בין דגימות הנשימה שנאספו על ידי בית החולים העממי המחוזי גואנגדונג בשנת 2022, שיעור החיוביים של K. pneumoniae שנבדקו על ידי LAMP היה 18.6%, שהוא גם אחד החיידקים עם השכיחות הגבוהה ביותר. בכל הדגימות החיוביות ל-K. pneumoniae, 30.6% היו זיהומים שנגרמו אך ורק על ידי K. pneumoniae, ו-29.7% היו זיהומים שבהם K. pneumoniae התקיים בדו-קיום עם מיני חיידקים אחרים. בנוסף, היו זיהומים משולשים (23.9%) וזיהומים מרובעים (10.5%) של זיהום K. pneumoniae, המהווים את הרוב בדגימות KP חיוביות, כ -95%. היו מעט מאוד מקרים של זיהומים חמישיים וסקסטופלים, ונכון לעכשיו לא התגלו זיהומים מעבר לסקסטופל. התוצאות מדגימות שישה תרחישים מייצגים, שכל אחד מהם מייצג את תוצאות הזיהוי של זיהומים הנגרמים על ידי K. pneumoniae בלבד או מתקיימים יחד עם 1-5 מיני חיידקים אחרים.
בנוסף, טכנולוגיית שבב LAMP המשמשת במחקר זה יכולה גם לזהות עמידות חיידקית. הוא מזהה MRSA עמיד למתיצילין באמצעות הגן mecA . כאשר הבארות המייצגות את Staphylococcus aureus והבארות עבור הגן mecA חיוביות, הן מייצגות זיהום methicillin-MRSA. חוקרים בוחנים ללא הרף שיטות לגילוי מהיר בו זמנית של פתוגנים ותכונות עמידות לאנטיביוטיקה. לדוגמה, שיטת אבחון מהירה לזיהום הליקובקטר פילורי ועמידות לאנטיביוטיקה מבוססת על תגובת שרשרת כמותית של פולימראז (qPCR)24. גישה אחרת כוללת חיזוי מהיר של K. pneumoniae עמיד לתרופות מרובות באמצעות ניתוח למידה עמוקה של ספקטרום פיזור ראמאן משופר פני השטח (SERS) ספקטרום25 ושיטה לזיהוי גנים K. pneumoniae ו- carbapenemase באמצעות SERS spectra26. בנוסף, קיימת שיטת סיווג וחיזוי עבור פרופילי הקלדת רצפים מרובי מוקדים שונים (MLST) של זני K. pneumoniae בהתבסס על ניתוח ספקטרום SERS27. בהמשך נפתח גם זיהוי רגיש ומדויק של גנים מסוג K. pneumoniae ו-carbapenemase, עם ביצועים דומים לשיטות קליניות סטנדרטיות של זהב שגוזלות זמן רב או מבוססות על מכשירים מיוחדים יקרים. יתר על כן, גישת האבחון האידיאלית היא מהירה, מדויקת, חסכונית וידידותית למשתמש18. מחקר שהעריך את עלות הריאגנטים עבור טכנולוגיות האבחון הנוכחיות הראה כי בדיקות מדגמיות המבוססות על טכנולוגיית PCR עולות עד 6.4-7.7 דולר, בהשוואה ל-0.71-2 דולר בלבד עבור טכנולוגיית LAMP28.
לשיטת ההגברה האיזותרמית הרב-ערוצית בתיווך לולאה (LAMP), תוך שהיא מציעה יתרונות משמעותיים לזיהוי מהיר של פתוגנים חיידקיים בדלקות בדרכי הנשימה, יש מגבלות. הרגישות הגבוהה של LAMP מהווה סיכון לזיהום צולב, שבו זיהום DNA מינימלי יכול להוביל לתוצאות חיוביות כוזבות29; לפיכך, טיפול קפדני בדגימות ופרוטוקולים פרוצדורליים נחוצים כדי להפחית סיכון זה. למרות פשטות השיטה, פענוח התוצאות דורש מומחיות וניסיון ספציפיים כדי למנוע פרשנות שגויה או טעויות אבחון, תוך הדגשת הצורך בכוח אדם מיומן היטב. הכרה במגבלות אלה חיונית ליישום יעיל ופיתוח נוסף של שיטת LAMP בתחום האבחון הקליני. יחד, שיטת LAMP בשילוב עם שבב microfluidic יכול לזהות במהירות פתוגנים חיידקיים שונים במקביל. יש לו את היתרונות של רגישות גבוהה וספציפיות חזקה ואת התכונות של עלות נמוכה, מהירות ונוחות. הוא מראה משמעות מעשית רבה למניעה ובקרה של RTI הנגרמים על ידי זיהומים פתוגניים במסגרות קליניות. המאפיין המשמעותי של מבחן LAMP המוצע במחקר זה הוא שקל לצוות המעבדה לשלוט בו, דבר המסייע רבות לבתי חולים ראשוניים, מניעת מחלות, מרכזי בקרה ומחלקות פיקוח ובידוד. לסיכום, מערכת השבב המיקרופלואידית LAMP היא כלי זיהוי רב עוצמה במעבדות קליניות, שיכול לפתור את ההוצאות הגבוהות ואת אתגרי זמן הסיבוב הנמוך באבחון זיהומים קליניים ויש לו ערכי יישום משמעותיים במסגרות קליניות.