PDF《药物研究》

2017 年3月10 日在线发表在 Analytical Chemistry 上. 论文链接:http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.analchem.6b05051. 单个活体细胞是生命的基本单元与进化单位.单细胞功能基因组技术能够从深度、 灵敏度 和通量三个维度来探索 生命体系的异质性机制 等基础生物学科学问题以及突破对 尚不可 培养微生物 研究的技术瓶颈. 徐健研究员课题组研制的 基于拉曼分选的单细胞遗传分选仪 药讯

2017 年第

1 期-7-已实现不需标记、 基于生化表型的单细胞分选,并针对分选出的单细胞能够在微流芯片上进行 集成分析,将现代组学分析手段深化与拓展到单细胞层面. 目前,在必须使用抗生素治疗的临床案例中,有30%-50%存在治疗方案制定、抗生素选 择与疗程等方面的错误.细菌感染中的抗生素不当使用,一方面可能导致贻误病情,甚至造成 人体菌群紊乱,诱导其它疾病发生,另一方面还会加速耐药菌的出现.因此,准确全面的抗菌 效果评价技术目前是实现快速、准确、有效的抗生素用药的前提和基础.作为目前微生物药敏 试验、 抗菌药效评价和临床抗菌方案制定的主流标准与主要依据之一, MIC (minimum inhibitory concentration)指数(体外培养细菌

24 小时后能抑制培养基内病原菌生长的最低药物浓度)的 测量过程费时费力,且对实验室难以培养或生长缓慢的病菌无法检测.另外,MIC 仅从抑制 细菌数目扩增的角度反映与测量药效,却不能检测处于 NGMA (Non-Growing but Metabolically Active)状态(药物作用下已经不再增殖但仍然具备代谢活性)的存活细胞,导 致在临床上仍然可能引起复发性感染和诱导耐药菌出现. 针对上述抗菌素药效检测的瓶颈,徐健研究员课题组应用基于拉曼分选的单细胞分析仪, 开发了基于拉曼组(Ramanome)的细菌药物应激效应成像技术.徐健研究员与中山大学光华 口腔医院合作,以导致龋齿的变形链球菌(Streptococcus mutants)与多种临床常用抗菌药物为 模式,研究单细胞拉曼成像精确测量细胞利用胞外重水(D2O)分子的速率,而后者与该细胞 的代谢活跃程度呈高度的正相关. 该方法从对微生物代谢活性抑制的角度定量测量药效, 能发 现处于 NGMA 状态的细胞.同时,由于与重水标记耦合的拉曼成像具备单个细菌细胞的检 测精度,对于大部分细菌、古细菌和真菌,实现了测量同一样品内不同细胞之间在药物抗菌消 炎上的差异程度. 另外,该方法能够在

30 分钟内快速区分氟耐受型和氟易感型的变形链球菌, 药效检测与评价的速度显著提高. 基于上述单细胞成像分选与功能分析技术,徐健研究员及其合作者提出了 基于代谢活性 的最低抑菌浓度 (MIC-MA 指数)的抗菌药效指标:药物作用

8 个小时后所有细胞代谢活性 全部并且彻底被抑制的最低药物剂量. 他们发现, 对于特定的病菌和特定的抗菌药物, MIC-MA 指数与 MIC 指数有显著的不同,如在高达

60 倍MIC 的氨苄西林剂量时,仍然存在高比例的 NGMA 状态变形链球菌细胞,有可能发生抗生素压力消失时链球菌复发感染.与目前临床 普遍参照的 MIC 指数相比,MIC-MA 指数有重要特色与优势. 更重要的是,传统的 MIC 检测是将受试微生物作为同质化的群体,而忽视了针对细胞之 间药效一致性的考察与评价,而MIC-MA 在单个细胞精度的药敏性与药效检测,在考察耐药 性形成和细菌微进化的机制等生命科学基础研究方面具有重要意义. 相关技术与方法已申请国家专利四项. 药讯