引言

在醫療診斷領域，快速且準確地檢測血液中的病原體至關重要，特別是在敗血症等危急情況下。傳統的血液培養方法耗時且可能無法檢測到所有病原體。為了解決這些限制，科學家們不斷開發新的診斷技術。近年來，一些突破性的方法正在改變我們檢測血漿中病原體的方式，從而實現更及時和有效的治療。本文將深入探討這些革命性的技術，分析其原理、優勢和潛在影響。

新型血液乾燥技術：放大病原體識別

伊利諾大學厄巴納-香檳分校 (UIUC) 的研究團隊開發了一種新穎的血液乾燥技術，有望加速血液感染（如敗血症或與肝炎相關的病毒感染）的病原體識別。該技術由博士候選人 Jongwon Lim 領導，旨在縮短樣本處理時間並減少對熟練技術人員的需求。

Lim 強調：

「在新興疾病和抗生素耐藥性細菌對全球健康構成嚴重威脅的時代，準確及時的診斷對於有效治療和疾病管理至關重要。」

該技術的核心在於一種雙相方法，它能夠同時實現抑制劑失活和 DNA 擴增，而無需純化步驟。在第一階段，研究團隊乾燥血液樣本，利用乾燥的血液基質物理性地捕獲抑制劑。隨後，擴增試劑進入固體微/納米多孔乾燥血液中。實驗結果表明，這種雙相方法顯著提高了對大腸桿菌、耐甲氧西林金黃色葡萄球菌 (MRSA) 和甲氧西林敏感金黃色葡萄球菌 (MSSA) 等細菌的檢測限，使用的技術包括環介導等溫擴增 (LAMP) 和重組酶聚合酶擴增 (RPA)。

Lim 解釋說：

「血液乾燥過程中不存在 DNA 丟失機制，例如結合-解結合程序，因此可以充分利用現有的血液 DNA，從而以極低的檢測閾值實現對目標 DNA 的高度靈敏檢測。」他補充說，大多數臨床和資源有限的環境都可以從該方法的易用性中受益，只需包含一個基本的加熱器。這項創新技術最近榮獲了 SLAS 創新獎。

研究團隊目前正在準備一篇論文，展示如何將這項技術輕鬆整合到血源性病毒的檢測中，突顯其在臨床診斷中的潛在應用。Lim 繼續說道：

「展望未來，我們的重點是解決關鍵挑戰，以進一步提高我們技術的性能和可用性。其中一個挑戰是了解酶和引物如何擴散到乾燥的血液基質中，特別是它們如何更快、更深入地進入樣本。我們計劃進行定量分析，以評估不同孔隙率的乾燥血液下酶的運動，為優化我們的方法提供有價值的見解。」

基於 CRISPR 的診斷測試：無需擴增即可檢測病原體

另一項突破性進展是基於 CRISPR 的診斷測試的開發，該測試無需核酸擴增即可快速檢測血液中低濃度的病原體遺傳物質。傳統的 CRISPR/Cas 診斷測試依賴於引導 RNA 結合病原體 DNA 或 RNA，從而觸發 Cas 酶活化並切割報告核酸，進而產生螢光信號。然而，單一的基於 CRISPR 的技術在沒有預擴增步驟的情況下，無法檢測到低濃度的病原體。

伊利諾大學 Grainger 工程學院院長兼生物工程教授 Rashid Bashir 領導的研究團隊設計了一種無需擴增的 CRISPR 檢測方法。研究人員表示，這些結果可用於開發高度靈敏的基於 CRISPR 的診斷測試，可以在幾分鐘內檢測到病原體，而無需核酸擴增。

納米孔測序：檢測血漿 DNA 中的病原體來源

納米孔測序是一種尖端方法，以其即時測序長 DNA 片段的能力而聞名，傳統上用於基因組研究和病原體識別。一項新的研究將這項技術直接應用於血液中循環的無細胞 DNA (cfDNA)，這是一種源自垂死細胞和入侵病原體的生物標誌物。通過解讀這種遺傳信息的組合，臨床醫生可以全面了解患者的生理狀態，而無需進行侵入性組織活檢或長時間的培養技術。

在研究中，對入住重症監護病房的危重患者進行了採樣，並對其血漿 cfDNA 進行了納米孔測序。結果數據提供了可操作的見解，不僅揭示了感染生物的存在，還表明了多個器官系統的組織損傷程度。這種全面的分析具有指導治療決策、定制抗菌方案和比當前標準更有效地監測患者反應的潛力。

循環中 cfDNA 的動態性質是該研究的另一個重點。與靜態組織活檢不同，血漿 cfDNA 反映了正在進行的生理和病理過程。這種時間分辨率為臨床醫生提供了一個了解疾病進展或緩解的窗口，使得可以根據分子指標而不是僅僅根據臨床症狀或影像學研究迅速調整治療計劃。

其他先進技術

除了上述技術外，還有其他一些有前景的方法正在開發中，用於檢測血漿中的病原體：

微米和納米傳感器：

微米和納米傳感器可用於檢測敗血症護理不同階段的血液病原體和生物標誌物。這些傳感器利用各種原理，如比色法、電化學法和聲學法，以實現快速靈敏的檢測。

基於質譜的微生物檢測：

基於質譜的微生物檢測可用於鑑定血流感染中的病原體。該技術通過測量微生物蛋白質的質量電荷比來識別微生物。

宏基因組下一代測序 (mNGS)：

mNGS 是一種強大的技術，可用於從各種體液中無目標地檢測基於 DNA 的病原體。mNGS 具有檢測廣泛病原體的能力，並且與 Illumina 和納米孔測序平台兼容。

結論與研判

總體而言，這些革命性的技術代表了病原體檢測領域的重大進步。與傳統方法相比，它們具有多項優勢，包括：

更快的周轉時間：

許多新技術可以在幾小時內提供結果，而血液培養可能需要幾天時間。

更高的靈敏度：

新技術可以檢測到低濃度的病原體，這些病原體可能被傳統方法遺漏。

更廣泛的檢測範圍：

一些新技術可以檢測到多種病原體，包括細菌、病毒和真菌。

減少對熟練技術人員的依賴：

一些新技術是自動化的，減少了對熟練技術人員的需求。

這些技術的廣泛應用有望改善患者的治療效果，特別是在敗血症等危急情況下。更快的診斷可以實現更及時的治療，從而降低死亡率和發病率。此外，更準確的診斷可以幫助指導抗菌藥物管理，減少抗生素耐藥性的發展。

然而，重要的是要注意，這些新技術仍處於開發階段，需要進一步研究以評估其臨床效用和成本效益。此外，需要解決一些挑戰，例如樣本製備、數據分析和質量控制。

儘管存在這些挑戰，但這些革命性的技術具有改變病原體檢測領域的巨大潛力。隨著技術的不斷發展和完善，我們預計它們將在改善患者護理和公共衛生方面發揮越來越重要的作用。未來，我們可能會看到這些技術與人工智能和機器學習相結合，以進一步提高其準確性和效率。

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原始資料來源: GO-AI-6號機 Date: November 1, 2025