$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Infekcje dróg oddechowych są powszechnymi infekcjami szpitalnymi, powodującymi poważne konsekwencje dla pacjentów i zwiększającymi śmiertelność16. Terminowa i dokładna identyfikacja potencjalnych patogenów, a następnie skuteczne antybiotyki jest kluczem do skutecznego leczenia i poprawy rokowania, szczególnie biorąc pod uwagę ograniczenia związane z tradycyjnymi metodami hodowli17. W tym badaniu zastosowaliśmy metodę opartą na LAMP do określenia pojedynczych lub wielokrotnych infekcji w celu szybkiego i precyzyjnego wykrywania infekcji dróg oddechowych. Ten szybki system detekcji powstał dzięki połączeniu technologii LAMP z technologią mikroprzepływową. Kwas nukleinowy z próbek klinicznych, takich jak plwocina, BLF i ALF, można szybko wyekstrahować. Ten wyekstrahowany materiał ułatwia szybkie i precyzyjne wykrywanie patogenów bakteryjnych, ukierunkowując praktyki kliniczne na poprawę kontroli i leczenia infekcji dróg oddechowych.
Wcześniejsze badania wykazały, że w porównaniu z metodami opartymi na kulturach i reakcji łańcuchowej polimerazy, wyniki LAMP osiągnęły 100% czułość, swoistość i brak reakcji krzyżowej z innymi bakteriami w czystych kulturach i próbkach krwi18. Testy LAMP mogą również wykrywać patogeny bezpośrednio z płynów biologicznych, takich jak krew, płyn opłucnowy i otrzewnowy oraz płyn mózgowo-rdzeniowy19. Wcześniej wykazano, że egzogenne DNA i inhibitory mogą znacznie zmniejszać czułość PCR, a w przypadku testów LAMP oczyszczanie DNA z próbek klinicznych nie jest wymagane20. Technika ta wykorzystuje geny drożdży i startery podczas procesu amplifikacji do oceny normalności amplifikacji, określając w ten sposób kwalifikację kontroli jakości kontroli zewnętrznej. Kontrole wewnętrzne, wykorzystujące startery z ludzkich genów, określają normalność procesów pobierania próbek, ekstrakcji kwasów nukleinowych i amplifikacji. Jednoczesne wykorzystanie kontroli wewnętrznych i zewnętrznych zapewnia wiarygodność wyników. W tym samym czasie ustawianych jest również wiele studni kontroli dodatniej i ujemnej, co znacznie zapewnia dokładność testu. Chip mikroprzepływowy LAMP ma możliwości podobne do qPCR w wykrywaniu próbek klinicznych. Charakteryzuje się wysoką czułością i silną zdolnością wykrywania, zapewniając niezawodną podstawę do szybkiego wykrywania klinicznego i precyzyjnego leczenia21. Hodowla drobnoustrojów trwa 3-5 dni lub nawet dłużej, a niektóre patogeny, takie jak Chlamydia pneumoniae i Legionella pneumophila, nie mogą być hodowane. W przeciwieństwie do tego, LAMP wykrywa wiele patogenów bakteryjnych, nawet tych, których nie da się wyhodować, w czasie krótszym niż 3 godziny, co znacznie zwiększa szybkość wykrywania.
Może również wykonywać wiele detekcji. Chip mikroprzepływowy LAMP jest podzielony na różne jednostki reakcyjne, które wykrywają wiele patogenów równolegle, zapewniając niezależność każdej reakcji i dokładność wyników 22,23. Dane z China Network Antibacterial Surveillance Center wykazały, że rozpowszechnienie K. pneumoniae zajęło pierwsze miejsce wśród izolatów bakteryjnych z próbek oddechowych w 2022 r.15. Wśród próbek oddechowych pobranych przez Prowincjonalny Szpital Ludowy w Guangdong w 2022 r. dodatni wskaźnik K. pneumoniae przebadany przez LAMP wyniósł 18,6%, co jest również jedną z bakterii o największej częstości występowania. We wszystkich próbkach dodatnich pod względem K. pneumoniae 30,6% stanowiły zakażenia wywołane wyłącznie przez K. pneumoniae, a 29,7% to infekcje, w których K. pneumoniae współistniała z innymi gatunkami bakterii. Dodatkowo odnotowano potrójne (23,9%) i poczwórne zakażenia (10,5%) związane z zakażeniem K. pneumoniae, które stanowiły większość w próbkach KP-dodatnich, około 95%. Odnotowano bardzo niewiele przypadków zakażeń pięciokrotnych i sześciokrotnych, a do tej pory nie wykryto zakażeń powyżej sześciokrotki. Wyniki przedstawiają sześć reprezentatywnych scenariuszy, z których każdy reprezentuje wyniki wykrywania infekcji wywołanych przez K. pneumoniae samodzielnie lub współistniejących z 1-5 innymi gatunkami bakterii.
Ponadto technologia chipów LAMP zastosowana w tym badaniu może również wykrywać oporność bakterii. Wykrywa MRSA oporny na metycylinę za pośrednictwem genu mecA . Gdy studzienki reprezentujące Staphylococcus aureus i studzienki dla genu mecA są dodatnie, reprezentują one zakażenie metycyliną-MRSA. Naukowcy nieustannie poszukują metod jednoczesnego szybkiego wykrywania patogenów i cech oporności na antybiotyki. Na przykład szybka metoda diagnostyczna zakażenia Helicobacter pylori i oporności na antybiotyki opiera się na ilościowej reakcji łańcuchowej polimerazy (qPCR)24. Inne podejście polega na szybkim przewidywaniu wielolekoopornych K. pneumoniae poprzez analizę widm25 wspomaganego rozpraszania Ramana (SERS) w głębokim uczeniu oraz metodę wykrywania genów K. pneumoniae i karbapenemazy przy użyciu widm SERS26. Ponadto istnieje metoda klasyfikacji i przewidywania dla różnych profili typowania sekwencji wielolocus (MLST) szczepów K. pneumoniae w oparciu o analizę widm SERS27. Następnie opracujemy również czułe i dokładne wykrywanie genów K. pneumoniae i karbapenemazy, z wydajnością porównywalną ze złotymi standardami metod klinicznych, które są czasochłonne lub opierają się na drogich specjalistycznych instrumentach. Co więcej, idealne podejście diagnostyczne jest szybkie, dokładne, ekonomiczne i przyjazne dla użytkownika18. Badanie szacujące koszt odczynników do obecnych technologii diagnostycznych wykazało, że badanie próbek w oparciu o technologię PCR kosztuje do 6,4-7,7 USD, w porównaniu z zaledwie 0,71-2 USD w przypadku technologii LAMP28.
Metoda wielokanałowej amplifikacji izotermicznej za pośrednictwem pętli (LAMP), oferując znaczące korzyści w zakresie szybkiego wykrywania patogenów bakteryjnych w infekcjach dróg oddechowych, ma swoje ograniczenia. Wysoka czułość LAMP stwarza ryzyko zanieczyszczenia krzyżowego, w którym minimalne zanieczyszczenie DNA może prowadzić do wyników fałszywie dodatnich29; W związku z tym konieczne jest rygorystyczne postępowanie z próbkami i protokoły proceduralne, aby ograniczyć to ryzyko. Pomimo prostoty metody, interpretacja wyników wymaga specjalistycznej wiedzy i doświadczenia, aby uniknąć błędnej interpretacji lub błędów diagnostycznych, co podkreśla potrzebę dobrze wyszkolonego personelu. Rozpoznanie tych ograniczeń jest niezbędne do skutecznego zastosowania i dalszego rozwoju metody LAMP w dziedzinie diagnostyki klinicznej. Podsumowując, metoda LAMP w połączeniu z chipem mikroprzepływowym może szybko wykrywać różne patogeny bakteryjne równolegle. Ma zalety wysokiej czułości i silnej specyficzności oraz cech niskiego kosztu, szybkości i wygody. Ma ona duże znaczenie praktyczne w zapobieganiu i kontrolowaniu infekcji dróg oddechowych spowodowanych infekcjami patogennymi w warunkach klinicznych. Istotną cechą testu LAMP zaproponowanego w tym badaniu jest to, że jest on łatwy do opanowania przez personel laboratoryjny, co jest bardzo pomocne dla szpitali podstawowych, zapobiegania chorobom, centrów kontroli oraz oddziałów inspekcji i kwarantanny. Podsumowując, mikroprzepływowy system chipowy LAMP jest potężnym narzędziem do wykrywania w laboratoriach klinicznych, które może rozwiązać problemy związane z wysokimi wydatkami i krótkim czasem realizacji w klinicznej diagnostyce zakażeń i ma znaczące wartości zastosowania w warunkach klinicznych.