헬리코박터 파일로리(Helicobacter pylori)에 대한 수많은 진단 방법 중 양자점 면역형광법은 헬리코박터 파일로리균을 신속하게 유형화하고 검출할 수 있어 임상 치료 결정의 기초를 제공합니다. 이 기사는 Helicobacter pylori의 유형 및 검출에서 양자점 기술의 응용 가치에 대한 자세한 소개를 제공합니다.
방법 논문
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헬리코박터 파일로리(Helicobacter pylori)에 대한 수많은 진단 방법 중 양자점 면역형광법은 헬리코박터 파일로리균을 신속하게 유형화하고 검출할 수 있어 임상 치료 결정의 기초를 제공합니다. 이 기사는 Helicobacter pylori의 유형 및 검출에서 양자점 기술의 응용 가치에 대한 자세한 소개를 제공합니다.
헬리코박터 파일로리균의 독성을 신속하게 검출하고 타이핑을 수행하기 위한 퀀텀닷 라벨링 기술을 기반으로 하는 방법을 제시하며, 기존 진단 방법의 한계를 극복하고 개인 맞춤형 임상 치료의 기반을 제공하는 것을 목표로 합니다. 키트는 이중 항원 샌드위치 방법을 사용하여 설계되었습니다. 여기에는 완충 반응 시스템을 구축하고 키트 준비 중 항원-항체 반응을 위한 활성화 및 결합 프로세스를 수행하는 것을 포함한 일련의 세심한 단계가 포함되었습니다. 또한 헬리코박터 파일로리균의 감염 상태와 독성 유형을 결정하기 위한 검체 채취, 처리 및 검사 작업에 대한 구체적인 절차가 있었습니다. 서로 다른 결과(음성, 유형 II 및 유형 I)에 대한 데이터 모델을 구축하여 입력 감지에 대한 양자점 기술의 효과를 검증했습니다. 음성 샘플의 경우, 관련 검출 영역에서 약한 신호 값이 있거나 유의미한 신호 값이 없었습니다. 유형 II 샘플의 경우, 서로 다른 항체에 대한 양신호 및 음성 신호 값의 특정 패턴이 관찰되었으며, 유형 I 샘플의 경우, 주요 항체에 해당하는 고유한 양의 신호 값 세트가 관찰되었습니다. 또한, 만성 위염 및 위암과 관련된 연구에 적용함으로써 선별 지표 역할을 하는 데 있어 그 가치를 입증했습니다. 양자점 기반 방법은 기존 진단 방법에 비해 민감도와 특이도가 향상되는 등의 장점이 있습니다. 그러나 샘플 보관 시간으로 인한 잠재적 영향 및 상대적으로 높은 비용과 같은 문제에도 직면해 있습니다. 그럼에도 불구하고 지속적인 기술 혁신으로 향후 헬리코박터 파일로리 검출 및 관련 질병 진단을 위한 생물의학 분야에서 더욱 중요한 역할을 할 것으로 예상됩니다.
헬리코박터 파일로리(Helicobacter pylori, H. pylori)는 위 전방(1,2)의 유문 점막과 점막하 사이에서 발견되는 그람 음성 박테리아입니다. 1994년, 세계보건기구(WHO)/국제암연구소(WHO/IARC)는 이 물질을 I급 발암물질로 분류했습니다. 액포 세포독소 A(VacA)와 세포독소 관련 유전자 A(CagA) 독소를 발현하는지 여부에 따라 I형 H. pylori 감염 악성 균주: 더 독성이 강하고 환자에게 더 해롭습니다. 위궤양 및 십이지장 궤양 및 위암 발병률과 밀접한 관련이 있는 제II형 헬리코박터 파일로리 감염은 병원성이 약한 저독성 균주를 포함하며, 일반적으로 경미한 소화불량으로 나타난다 3,4. 연구진은 I형의 감염률이 II형의 감염률보다 높으며, I형과 II형의 감염률이 각각 72.4%와 27.6%라는 것을 발견했다5. 헬리코박터 파일로리균 유형의 신속한 검출, 특히 I형과 II형의 구분은 임상 치료 및 질병 예방에 매우 중요합니다.
헬리코박터 파일로리(H. pylori) 감염으로 인한 만성 위염은 감염된 환자에서 위축성 위염, 소화성 궤양 질환, 위 선암종, 점막 관련 림프 조직(MALT) 림프종과 같은 심각한 소화기 질환을 유발할 수 있습니다 6,7,8. 2014년 세계 질병 부담 연구(Global Burden of Disease Study)에 따르면 2010년부터 매년 100,000명당 약 3.5명이 소화성 궤양 질환으로 사망할 것으로 예측됩니다9. 연구 보고서에 따르면 2018년 전 세계적으로 약 800,000건의 새로운 위암 사례가 헬리코박터 파일로리 감염과 관련이 있는 것으로 나타났습니다10. 최근 몇 년 동안 연구에 따르면 H. pylori 감염은 신경 질환, 심혈관 질환, 당뇨병 등과도 밀접한 관련이 있는 것으로 나타났습니다. 따라서 H. pylori 감염의 정확한 검출은 관련 질병의 검출에 중요합니다. 치료가 중요하기 때문에 H. pylori의 정확한 검출은 연구 핫스팟입니다.
중국에서는 헬리코박터리균(H. pylori)의 감염률이 높기 때문에 헬리코박터 파일로리균(H. pylori) 감염을 적시에 정확하게 검출하는 것은 조기 발견 및 치료에 도움이 되며 위암의 예방과 치료에 긍정적인 의미가 있습니다. H. pylori 감염을 검출하는 방법에는 신속 우레아제 검사(RUT), 위 점막 조직 절편의 염색 현미경 검사, 내시경 검사, C13 또는 C14 요소 호흡 검사와 같은 침습적 방법을 포함하여 다양한 방법이 있습니다. (UBT), 헬리코박터 파일로리 대변 항원 검사(SAT) 및 기타 비침습적 방법 11,12,13. 이러한 감지 방법에는 몇 가지 제한 사항이 있습니다. 예를 들어, 조직학적 검사는 생검 부위에서 선택한 생검 샘플의 품질과 크기로 인해 위음성 결과를 제공할 수 있습니다. 호흡 검사는 환자의 최근 항생제 또는 양성자 펌프 억제제(PPI) 사용과 다양한 영향 요인의 영향에 의해 영향을 받을 수 있습니다 11,14,15. 시간이 많이 걸리고 감도 및 특이도가 불충분하다는 기존 방법의 한계를 고려할 때, 양자점 면역형광(QD-IF)을 기반으로 하는 신속한 진단 방법의 개발은 생물 검정 분야에서 큰 응용 잠재력을 보여주었습니다16,17. QD-IF 분석은 분자 표적에 대한 특이적 결합을 통해 분자 표적의 특이적 검출을 달성하기 위해 양자점 형광 프로브를 도입합니다18,19.
양자점은 반지름이 Bohr 엑시톤 반지름보다 작거나 가까운 반지름(일반적으로 1-10nm)을 가진 반도체 나노입자입니다. 양자점은 형광 프로브로 사용됩니다. 형광 신호는 여기 양자점에 의해 생성되며, 정량적 데이터는 장치를 측정하여 얻습니다. 그 장점으로는 광범위한 여기 파장, 좁은 방출 파장, 조정 가능한 형광 크기, 고감도, 우수한 광학 안정성, 긴 형광 수명, 큰 스톡스 이동 및 높은 양자 형광 효율이 있습니다. 퀀텀닷은 짧은 발광 시간, 정밀한 환경 요구 사항, 낮은 반복성, 낮은 안정성(예: 형광 염료), 효소 불활성화 및 낮은 감도와 같은 다른 마커의 단점을 극복합니다. 양자점 형광 면역분석법은 양자점 형광 면역분석법과 바이오마커 형광 면역분석법의 장점을 결합하며 단순성, 신속성, 높은 특이성 및 고감도의 장점을 가지고 있습니다20,21.
박테리아 배양, 요소 호흡 검사 및 혈청학적 검사를 포함한 H. pylori 검출을 위한 기존 진단 도구에는 고유한 한계가 있습니다. 박테리아 배양은 시간이 많이 걸리고 엄격한 실험실 조건이 필요하며, H. pylori의 까다로운 성장 요구 사항으로 인해 상대적으로 감도가 낮은 경우가 많습니다. 요소 호흡 검사는 최근 항생제 또는 양성자 펌프 억제제의 사용과 같은 특정 상황에서 위음성 결과를 얻을 수 있습니다 22,23,24. 혈청학적 검사는 일부 사례에서 현재 감염 상태가 아닌 과거 노출만 나타낼 수 있으며, 병원체의 다양한 독성 유형을 구별할 수 있는 능력이 부족합니다.
반면, 양자점 면역형광(QD-IF) 기술이 유망한 대안으로 떠올랐습니다. QD-IF는 높은 형광 강도, 좁은 방출 스펙트럼 및 우수한 광안정성과 같은 양자점의 우수한 광학 특성과 면역 반응의 특이성을 결합합니다. 이를 통해 생물학적 샘플에서 H. pylori 항원 또는 항체를 빠르고 민감하게 검출할 수 있습니다. 또한, 기존 방법으로는 달성하기 어려운 감염 균주의 독성 유형을 동시에 식별할 수 있는 고유한 이점이 있습니다. 진단 프로세스의 이러한 격차를 메움으로써 QD-IF 기술은 헬리코박터 파일로리 감염을 진단하고 관리하는 방식을 혁신하여 보다 개인화되고 효과적인 의료 개입을 촉진할 수 있는 큰 잠재력을 가지고 있습니다.
전반적으로, 헬리코박터 파일로리 감염과 그 독성 유형(I형 및 II형)을 동시에 검출할 수 있는 비침습적이고 효과적인 진단 방법에 대한 시급한 임상적 필요성이 있습니다. 이 논문은 QD-IF 방법을 사용하여 조직 샘플에서 H. pylori 감염의 존재 여부를 평가하고 H. pylori 감염 유형을 검출하기 위한 빠르고 정확한 방법을 구성하는 것을 목표로 합니다. 헬리코박터 파일로리 감염 및 그 독성 유형을 신속하게 검출하는 것은 정밀 의학을 달성하고, 치료 효과를 개선하고, 관련 질병의 위험을 줄이고, 위암을 예방하는 데 매우 중요합니다. 이는 의료진이 정확한 헬리코박터 파일로리 감염 검출 방법을 선택할 수 있는 과학적 이론적 근거를 제공합니다.
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본 연구(KY2025-191-01)는 남부의과대학교 광둥성 인민병원(광동의학원) 인간연구윤리위원회의 지침에 따라 수행되었다. 이 조항은 사전 동의 면제 신청서를 준수합니다.
참고: 본 연구는 양자점 기술을 이용하여 참가자의 혈액 종에 Helicobacter pylori urease(Urease) 항체, 액포 사이토톡신 A(VacA) 항체 및 사이토톡신 관련 유전자 A(CagA) 독소 항체가 포함되어 있는지 진단하여 H. pylori 의 감염 여부와 감염된 균주가 I형 또는 II형인지 여부를 판단할 수 있는 키트를 설계 및 개발하는 것을 목표로 합니다. 이 설계된 키트는 이중 항원 샌드위치 방법을 사용하여 Helicobacter pylori Urease 항체, CagA 항체 및 VacA 항체를 측정합니다. 대상 물질이 포함된 테스트 샘플이 샘플 패드에 추가되면 사이펀 작용을 통해 양자 패드와 멤브레인을 통해 흐르면서 고체상 항원-항체 복합체를 형성합니다. 스포팅 후 검출 라인과 질량은 분석기에 의해 각각 판독됩니다. 제어 라인의 신호 값은 세 가지 항체 각각의 T/C 신호 값을 기반으로 Urase 항체, CagA 항체 및 VacA 항체의 음성 및 양성 상태를 결정하는 데 사용됩니다. 디자인 다이어그램은 그림 1에 나와 있습니다.

그림 1: H. pylori typing test card의 개략도. 그림은 테스트 카드의 구조와 구성을 보여줍니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
1. 키트 준비
2. 코팅된 플레이트의 준비
3. 조립
4. 스트립으로 절단
5. 내부 포장
6. 샘플 처리
참고: 샘플 수집은 National Clinical Laboratory Operation Procedures를 참조하십시오.
7. 검사 절차
8. 품질 관리
9. 결과 분석
10. 형광 분석기의 교정
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그림 2는 양자점 형광 면역분석기의 작동 원리를 보여줍니다. 주로 여기 광원, 수신 광원, 광전 변환 회로 모듈, 신호 처리 회로, AD 값 변환 회로 및 신호 처리 계산 모듈로 구성됩니다. 여기 광원은 형광 마커를 생성합니다. 비슷한 파장의 단색광을 흡수하고 단색광은 여기광 경로를 통해 시약 스트립의 고정된 스캐닝 지점(시약 스트립의 검출 창)에서 빛납니다. 스캐닝 지점(시약 스트립의 검출 창)에 있는 형광 물질은 여기가 되어 형광을 방출합니다. 수집 광 경로가 미광을 걸러낸 후 특정 파장의 형광을 수집하고 광전 변환 회로 모듈에 집중시켜 광 신호를 전기 신호로 변환한 다음 신호 처리 회로 및 AD 값 변환 회로를 통과하여 전기 신호를 수치로 변환하고 증폭 시스템을 통해 증폭합니다. 신호 처리 계산 모듈을 통과한 후 특정 알고리즘을 통해 측정할 물질의 농도를 계산합니다.
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헬리코박터 파일로리균에 대한 현재 진단 방법은 크게 침습적 및 비침습적 두 가지 범주로 나뉜다26. 신속 우레아제 검사(RUT), 조직학, 분자 생물학 및 박테리아 배양과 같은 방법은 침습성, 민감도, 특이성, 시간 제약, 비용, 장비 요구 사항, 시료 처리 및 실시간 모니터링에 제한이 있습니다. 더 일반적인 것은 요소 호흡 검사, 대변 항원 및 혈청학적 항체 검사와 같은 방법을 사용한 신속한 체외 진단입니다. 그러나 요소 호흡 검사에 영향을 미치는 많은 요인이 있습니다. 동시에 작업 단계는 기본적으로 피험자에 의해 독립적으로 완료되며 작업 사양 22,23,24의 품질에는 차이가 있습니다. 대변 항원 검사는 피험자의 대변 샘플을 ...
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저자는 이해 상충이 없음을 선언합니다.
이 연구는 광둥성 기초 및 응용 기초 연구 기금 프로젝트(보조금 번호: 2021A1515220022, 2022A1515220023)의 지원을 받았습니다.
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| 이름 | 회사 | 카탈로그 번호 | 댓글 |
|---|---|---|---|
| 1-(3-디메틸아미노프로필) -3-에틸카르보디이미드 염산염(EDC) | 시그마 | 25952-53-8 | 5g/병 |
| 2-(n-모르핀) 에탄술폰산(MES) | 시그마 | 145224-94-8 | 100g/병 |
| 원심분리기 | 시그마 | 3K15 | |
| 형광 면역 분석기 | 광저우 Labsim Biotech Co.,Ltd | 광동성 의료기기 등록 번호. 2017221743 | |
| 헬리코박터 파일로리 타이핑 테스트 키트 | 충칭 iSIA BIO-Technology Co., Ltd | 국가 의료 기기 등록 번호 20203400330 | QDs 면역형광법 |
| N-하이드록시티오숙신이미드(NHS)의 나트륨염 | 시그마 | 106627-54-7 | 1g/병 |
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