结核与非结核病实验室检测技术研究进展
摘要
关键词
结核;非结核病;实验室检测技术
正文
结核病是全球公共卫生面临的重大挑战之一。据世界卫生组织(WHO)的报告显示,结核病在全球范围内持续流行,尤其在中低收入国家中,结核病的负担尤为沉重[1]。我国作为结核病高负担国家之一,其结核病发病率和耐多药结核病(multiple drug resistant tuberculosis ;MDR-TB)及利福平耐药结核病(Rifampicin-resistant drug-resistant tuberculosis;RR-TB)患者数量也位居前列。结核病的精准防控需要快速、准确的实验室诊断技术。实验室检测不仅可以确定患者是否感染了结核分枝杆菌,还能进一步了解菌株的毒力、耐药性等特征,为制定个性化的治疗方案提供重要依据[2]。此外,实验室检测数据也是公共卫生部门监测结核病流行趋势、评估防控效果的重要工具。
1. 结核病实验室检测技术
1.1传统检测方法
痰涂片检查原理在于利用萋尼氏抗酸染色法,通过显微镜观察痰标本中的结核分枝杆菌。特点包括操作简便、设备要求低、特异性高,但灵敏度较低,易产生假阴性结果[3]。近年来,发光二极管荧光显微镜的应用提高了阳性检出率,因其价格低廉且不需要暗室。结核菌培养原理在于通过培养结核分枝杆菌并观察其生长情况来确诊。特点在于作为诊断的精标准,具有高度的特异性,但耗时较长,通常需要2-8周才能获得结果[4]。快速培养技术如BACTEC-快培、MGIT-快培等,缩短了阳性报告时间,但价格昂贵且污染率较高[5]。
1.2分子生物学技术
核酸检测原理包括通过检测患者样本中的DNA或RNA来确诊结核病。技术类型包括PCR(聚合酶链反应;polymerase chain reaction )、TMA(循环结核菌DNA检测;Detection of the circulating tuberculosis bacteria)等[6]。特点在于快速、准确、灵敏度高,能在数小时内完成检测,并具有较高的特异性。如Xpert MTB/RIF检测系统,能在两个小时内快速检测患者是否患有结核病及对利福平是否耐药。
基因芯片技术原理包括基于多重PCR扩增和反向杂交技术,通过检测耐药相关基因的突变来确诊结核病及其耐药性。特点在于能同时检测多种耐药基因,提高诊断效率。
1.3免疫学检测技术
血清学检测原理在于通过检测患者血清中的特异性抗体来诊断结核病。特点包括具有较高的特异性,但不能确定结核病的活动性。免疫学诊断技术包括结核菌素皮肤试验(tuberculin skin test ;TST)、γ-干扰素释放试验(Gamma interferon release assay;IGRA)等[7]。TST操作简便,但受卡介苗接种史等因素影响;IGRA灵敏度和特异性较高,能确定结核病的活动性。
1.4其他新兴技术
纳米技术基于纳米材料构建高度灵敏的免疫传感器,用于检测结核病相关生物标志物[8]。电化学传感器通过检测血清或尿液中的结核病特异性标志物来实现快速诊断。具有便携性高特点,有望成为便携式快速检测工具。光谱技术包括拉曼光谱技术和红外光谱技术等。通过检测结核菌的拉曼特征峰或患者血清/尿液样本的红外光谱指纹来诊断结核病。具有高灵敏度和特异性,为结核病的快速准确诊断提供了新的途径。
2.非结核病实验室检测技术
2.1标本采集
标本采集是非结核病实验室检测的第一步,标本类型多样,包括痰液、体液、脓液、支气管灌洗液、标本穿刺液和血液等。这些标本的采集需要严格遵守无菌操作原则,以确保检测结果的准确性。
2.2涂片与培养
涂片:将采集的标本进行涂片处理,并进行抗酸染色(推荐使用荧光染色,如碳酸品红染色膏)。涂片检查是快速筛查分枝杆菌的方法,但灵敏度相对较低。培养:把样本放在液态或固态介质中进行培养。对于取自皮肤、关节、骨骼等部位的样品,则需采用特定的培养介质,设置特定的培养环境,并设置28℃、37℃、42℃等温育。细菌的培养对于诊断 Mtb的诊断非常重要,但是耗时很长(一般要几个星期)。
2.3菌种鉴定
种型识别是非肺痨的实验室检验中最重要的一步。按照识别方法的识别性能,将其划分为两大类,即初始菌株识别和菌株识别。初期菌株鉴别法:常见的测定方法有对硝基甲苯。采用区分培养液和以MPT64为代表的 MTB分泌型抗体的方法。该方法操作简便,成本低廉,但需经体外培养才能得到正培养,费时费力。前期菌株鉴别方法可用于所有有分支杆菌培养的医学单位,而对非结核分支杆菌(Nontuberculous mycobacteria)具有较强的适应性。在低发区,应通过对新城疫病毒的初筛,对新城疫病毒进行分类。物种识别法:指在不同物种之间进行区分的一种方法,它是一种基于同源基因序列比对的分子检测方法。目前商品化的细菌识别工具包,其特点是操作相对简单,可以由医疗机构自行进行,可以达到最基础的临床需要,但是包含的种类较少。全基因组序列测定是一种敏感性高、分辨力强的新方法,特别适合在不能获取潜在病原菌信息的条件下。
2.4药敏试验
药敏试验是非结核病治疗的重要依据。常用的药敏试验方法包括临界浓度法和最低抑菌浓度( minimum inhibitory concentration ;MIC)检测法。MIC测定方法可以得到各被测菌种的 MIC,但是要解释并使用 MIC数值,则要求有专门的技术。在进行敏感性实验时,必须与体内的药代动力学指标相联系,才能确定其疗效。
2.5其他检测技术
随着检测技术的进步,一些新兴的检测方法也逐渐应用于非结核病的诊断中。例如,宏基因组测序技术可以直接从样品中提取基因组DNA进行测序分析,快速、全面地鉴定病原体群落结构,为临床诊断和治疗提供有力支持。
值得一提的是,在进行非结核病实验室检测时,应严格遵守实验室操作规程和生物安全规范,确保实验室工作人员和患者的安全。检测结果应结合患者的临床表现、影像学检查等综合判断,以提高诊断的准确性。针对不同地区和人群的非结核分枝杆菌感染情况,应合理选择和应用实验室检测技术,以提高检测效率和诊断水平。
3.结核与非结核病实验室检测技术进展
3.1结核病实验室检测技术进展
传统检测方法的局限性:痰涂片检查:虽然经济、迅速、操作简单,但灵敏度较低,易出现假阴性结果[10]。结核菌培养:作为金标准诊断方法之一,但其耗时较长,通常需要数周至数月才能获得结果,导致患者可能错过最佳治疗时机。分子生物学技术的引入:核酸扩增技术(如PCR):通过扩增结核分枝杆菌的DNA序列,显著提高了检测的敏感度和特异性[11]。GeneXpert MTB/RIF:基于实时荧光定量PCR原理,可快速检测样本中是否存在结核分枝杆菌及是否耐药,是目前最快的结核病分子诊断技术之一。POCT(即时检验)技术:集核酸提取、检测、扩增为一体,可在门诊及住院的疑似结核病患者中初筛及鉴别诊断,极大提高了病原学阳性率[12]。
3.2其他创新技术
循环结核菌DNA检测(Detection of the circulating tuberculosis bacteria DNA;TMA):利用转录介导的同位素标记技术,实现快速、高效的结核分枝杆菌检测。基于纳米技术的免疫传感器:通过纳米材料构建高度灵敏的传感器,检测结核病相关生物标志物。电化学传感器:检测血清或尿液中的结核病特异性标志物,具有便携性和低成本特点。拉曼光谱技术和红外光谱技术:通过检测结核菌的特定光谱特征,实现对结核病的快速准确诊断。由常规的唾液样本拓展至非唾液样本,如血液,尿液,粪便等;支气管肺泡灌洗液,方便病人[13-15]。
3.3非结核病(如非结核分枝杆菌,NTM)实验室检测技术进展
初步与深入的菌种鉴定技术初步菌种鉴定技术:如PNB鉴别培养基法和MTB主要分泌蛋白MPT64抗原检测法,操作简单但耗时较长。菌种鉴定技术基于同源基因序列比对的分子诊断方法可以在物种层面上进行鉴别。商用药盒的优势是操作简单,由各医疗机构单独进行,但其包含的种类较少。[16-18]。
药敏试验技术:目前临床上应用的药物敏感性测试方法主要是基于液体培养基,例如临界浓度、最小抑制浓度(MIC)等。MIC测定方法可以得到各被测菌种的 MIC,但是解释和使用它要求有专门的技术[19-20]。
新兴技术:飞行质谱法利用细菌蛋白质组的差别进行高分辨率、快速和简便的检测,但是仪器比较贵,制约了该方法的广泛应用。。全基因组测序技术能提供更全面的菌种鉴定信息,但操作复杂且对设备和专业知识要求较高。
结束语
随着非结核分枝杆菌(NTM)感染发病率的上升,对非结核病的实验室检测也提出了新的挑战。由于NTM种类繁多,且部分NTM的临床表现与结核病相似,因此容易导致误诊和漏诊。目前,对于NTM的实验室检测主要包括初步鉴定和菌种鉴定两个步骤,前者可以区分MTC和NTM,后者则能进一步将NTM鉴别至种水平。然而,不同医院在NTM检测方面的标准和能力存在差异,导致诊断水平参差不齐。
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