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分子診斷準(zhǔn)備來(lái)?yè)孭CT/CRP/SAA的蛋糕了

日期:2023-10-12

斯坦福醫(yī)學(xué)科學(xué)家開(kāi)發(fā)的一項(xiàng)診斷測(cè)試可以以90%的準(zhǔn)確率分離細(xì)菌和病毒感染，這是第一個(gè)符合世界衛(wèi)生組織設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)。

在發(fā)展中國(guó)家，大多數(shù)抗生素處方不僅毫無(wú)意義 - 估計(jì)其中70%至80%用于病毒感染，藥物不能治療 - 它們也是有害的，因?yàn)檫^(guò)度使用抗生素會(huì)加速抗生素耐藥性。

美國(guó)也存在類似的問(wèn)題，估計(jì)有30%至50%的抗生素處方用于病毒感染。

現(xiàn)在，斯坦福醫(yī)學(xué)研究人員及其同事開(kāi)發(fā)的一種基于基因表達(dá)的新測(cè)試可以讓世界各地的醫(yī)生快速準(zhǔn)確地區(qū)分細(xì)菌和病毒感染，從而減少抗生素的過(guò)度使用。該測(cè)試基于患者的免疫系統(tǒng)對(duì)感染的反應(yīng)。

這是第一個(gè)在全球不同人群中驗(yàn)證的此類診斷測(cè)試（包括更廣泛的細(xì)菌感染），也是唯一滿足世界衛(wèi)生組織和創(chuàng)新新診斷基金會(huì)為解決抗生素耐藥性而設(shè)定的準(zhǔn)確性目標(biāo)的測(cè)試。

這些目標(biāo)包括至少 90% 的靈敏度（正確識(shí)別真陽(yáng)性）和 80% 的特異性（正確識(shí)別真陰性）來(lái)區(qū)分細(xì)菌和病毒感染。

12月20日發(fā)表在Cell Reports Medicine上的一篇論文描述了這項(xiàng)新測(cè)試。

“抗菌素耐藥性不斷上升，因此已經(jīng)付出了很多努力來(lái)減少不適當(dāng)?shù)目股厥褂茫贬t(yī)學(xué)和生物醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)科學(xué)副教授，該論文的資深作者Purvesh Khatri博士說(shuō)。“準(zhǔn)確診斷患者是否患有細(xì)菌或病毒感染是全球最大的健康挑戰(zhàn)之一。

現(xiàn)有方法包括在培養(yǎng)皿中培養(yǎng)病原體，這需要幾天的時(shí)間，或者聚合酶鏈反應(yīng)（PCR）測(cè)試，這需要知道要尋找的特定病原體。

這就是為什么在許多情況下，“醫(yī)生憑經(jīng)驗(yàn)開(kāi)抗生素，”Khatri說(shuō)。“他們說(shuō)，'我們要給你一種抗生素，如果你好轉(zhuǎn)，你就感染了細(xì)菌。如果你不這樣做，你就感染了病毒，我們將停止使用抗生素。

詢問(wèn)免疫系統(tǒng)

該測(cè)試是一種新的診斷測(cè)試之一，它著眼于宿主的反應(yīng) - 即患者的免疫系統(tǒng)如何反應(yīng) - 以確定感染的類型。它們測(cè)量參與宿主免疫反應(yīng)的某些基因的表達(dá)。

“免疫系統(tǒng)已經(jīng)這樣做了數(shù)百萬(wàn)年，不斷學(xué)習(xí)什么是細(xì)菌，什么是病毒以及如何應(yīng)對(duì)它，”Khatri說(shuō)。“與其尋找蟲(chóng)子本身，不如問(wèn)免疫系統(tǒng)。

然而，由于這些宿主反應(yīng)測(cè)試是使用來(lái)自西歐和北美的數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)的，因此它們未能解釋低收入和中等收入國(guó)家普遍存在的感染類型。特別是，他們難以區(qū)分細(xì)胞內(nèi)細(xì)菌感染和病毒感染之間更微妙的差異。

“從流行病學(xué)上講，發(fā)達(dá)國(guó)家的細(xì)菌感染通常來(lái)自在人體細(xì)胞外復(fù)制的細(xì)菌，”Khatri說(shuō)。這些細(xì)胞外細(xì)菌包括大腸桿菌和引起鏈球菌性咽喉炎的細(xì)菌。在發(fā)展中國(guó)家，斑疹傷寒和結(jié)核病等常見(jiàn)細(xì)菌感染是由細(xì)胞內(nèi)細(xì)菌引起的，細(xì)胞內(nèi)細(xì)菌在人體細(xì)胞內(nèi)復(fù)制，病毒也是如此。

“免疫系統(tǒng)根據(jù)它是細(xì)胞外還是細(xì)胞內(nèi)細(xì)菌感染而有不同的反應(yīng)，”Khatri說(shuō)。“它變得棘手的原因是，一旦細(xì)菌進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)，這些途徑就會(huì)與病毒感染反應(yīng)重疊。

目前的宿主反應(yīng)測(cè)試可以區(qū)分細(xì)胞外細(xì)菌感染和病毒感染，準(zhǔn)確率超過(guò)80%，但它們只能識(shí)別40%至70%的細(xì)胞內(nèi)感染。

多樣化的數(shù)據(jù)

為了開(kāi)發(fā)一種可以將兩種類型的細(xì)菌感染與病毒感染區(qū)分開(kāi)來(lái)的診斷測(cè)試，Khatri的團(tuán)隊(duì)使用了來(lái)自35個(gè)國(guó)家的公開(kāi)基因表達(dá)數(shù)據(jù)。其中包括來(lái)自已知感染的不同年齡，性別和種族的人的4754個(gè)樣本。Khatri說(shuō)，患者，感染和數(shù)據(jù)類型的多樣性更能代表現(xiàn)實(shí)世界。

利用機(jī)器學(xué)習(xí)和其中一半的樣本，他們確定了八個(gè)在細(xì)菌和病毒感染中表達(dá)不同的基因。他們對(duì)剩余樣本和從尼泊爾和老撾收集的300多個(gè)新樣本進(jìn)行了八基因測(cè)試。

他們發(fā)現(xiàn)這八個(gè)基因可以高精度地區(qū)分細(xì)胞內(nèi)和細(xì)胞外細(xì)菌感染與病毒感染，達(dá)到90%的靈敏度和90%的特異性。這是第一個(gè)達(dá)到（并超過(guò)）世界衛(wèi)生組織和創(chuàng)新新診斷基金會(huì)提出的標(biāo)準(zhǔn)的診斷測(cè)試。

“我們已經(jīng)證明，這種八基因特征在區(qū)分細(xì)菌和病毒感染方面具有更高的準(zhǔn)確性和更多的可推廣性，無(wú)論它們是細(xì)胞內(nèi)還是細(xì)胞外，無(wú)論患者是在發(fā)達(dá)國(guó)家還是發(fā)展中國(guó)家，男人還是女人，嬰兒還是80歲，”Khatri說(shuō)。

他希望新的診斷測(cè)試最終能夠轉(zhuǎn)化為即時(shí)測(cè)試，并被發(fā)達(dá)國(guó)家和發(fā)展中國(guó)家的醫(yī)生采用，因?yàn)樗恍枰簶颖荆⑶铱梢栽?0到45分鐘內(nèi)完成。他的團(tuán)隊(duì)已經(jīng)為該測(cè)試申請(qǐng)了專利。

Khatri是免疫，移植和感染研究所，斯坦福Bio-X，斯坦福心血管研究所和母嬰健康研究所的成員。

來(lái)自老撾人民民主共和國(guó)Mahosot醫(yī)院和健康科學(xué)大學(xué)，尼泊爾Dhulikhel醫(yī)院，牛津大學(xué)和多倫多大學(xué)的研究人員為這項(xiàng)研究做出了貢獻(xiàn)。

該研究由比爾和梅琳達(dá)·蓋茨基金會(huì)，國(guó)家過(guò)敏和傳染病研究所（贈(zèng)款1U19AI109662，U19AI057229，5R01AI125197和U19AI109761），國(guó)防部，Ralph&Marian Falk醫(yī)學(xué)研究信托基金，斯坦福大學(xué)的Thomas C.和Joan M. Merigan捐贈(zèng)基金，英國(guó)威康信托基金，國(guó)家科學(xué)基金會(huì)研究生研究獎(jiǎng)學(xué)金，和斯坦福研究生獎(jiǎng)學(xué)金。

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