研究发现检测活动性结核病的新型分类测试方法

2019年11月22日 15:35:25 来源: 生物谷
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  全世界有超过1000万人患有活动性结核病(active tuberculosis, ATB),每年死于这种疾病的人数超过100万人。大多数患者生活在资源匮乏的国家,在那里,对ATB的诊断尤其具有挑战性---新的测试需要昂贵的实验室设备,而这些设备通常是不可获得的。此外,采集痰样本并进行培养的历史标准很慢,而且通常不够灵敏,无法正确识别ATB,这意味着许多需要治疗的患者直到为时已晚才被发现。

  为了帮助患ATB风险最高的患者获得所需的治疗,世界卫生组织(WHO)呼吁创建一种基于血液而不是基于痰的分类测试(以使得部署它所需的基础设施最小化)并可以识别出患ATB风险较高的患者,他们应当接受诊断测试。几种商业血液测试方法填补了这一空白,但世界卫生组织根据这些测试过于不准确的证据,强烈建议不要使用它们。

  如今,在一项新的研究中,来自美国威斯生物启发工程研究所、布罗德研究所和布莱根妇女医院等研究机构的研究人员团队响应了这一呼吁:他们开发出一种快速、超灵敏、多重、基于血液的结核病(TB)分类测试(triage test)方法,该方法分析血液样本中四种蛋白和一种抗TB抗体的联合水平“特征(signature)”,以识别可能患有ATB并需要先进的诊断和治疗的患者。它可以被配置成现场即时测试(POCT),只需花费2美元就能在30分钟内得出结果,从而降低了在资源匮乏地区的护理障碍,并有可能挽救数百万人的生命。相关研究结果近期发表在Science Translational Medicine期刊上,论文标题为“A rapid triage test for active pulmonary tuberculosis in adult patients with persistent cough”。

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  论文第一作者、布罗德研究所前研究员Rushdy Ahmad博士(如今是True North Bio公司总裁)说,“我们测试方法显示出86%的敏感性和69%的特异性,非常接近于世界卫生组织对对TB进行高效分流测试所需的90%敏感性和70%特异性的最低要求。它还有效地识别了来自三个不同的大洲的患者样品中的这种ATB特征,这意味着它可以检测到结核杆菌的多种菌株,并且可以在HIV阳性和HIV阴性样本中进行检测,这就使得它可广泛适用于大多数ATB患者。”

  蛋白的力量

  这些研究人员着手通过在患者血液中鉴定出一组始终表明较高可能患上ATB的特征性生物标志物来创建他们的基于血液的测试方法,然后开发出一种易于部署的测试方法来检测这种特征。他们首先使用传统的微生物学评估方法,在来自坦桑尼亚和菲律宾的大约400个样本中测量了47种不同的血液蛋白质水平,这些样本被诊断出患有ATB或非TB(OTB)以外的疾病。然后,他们使用机器学习算法分析了这些蛋白水平数据,该算法是针对ATB患者中持续升高的四种蛋白---IL-6、IL-8、IL-18和血管内皮生长因子(VEGF)---开发的。基于这种ATB特征,该算法正确地预测了86%的阳性样品中ATB的存在(敏感性)和65%的阴性样品中ATB的不存在(特异性)。它还可以正确识别100%的HIV阳性样本中的ATB存在,以及84%的来自ATB已被治愈的人的样本中的ATB不存在。

  为了提高他们的测试方法检测这四种蛋白的极低浓度的能力,他们在Simoa?平台上开发了一种超灵敏的免疫测定法,只需从手指上取一滴血就可以有效地测量蛋白水平。这种免疫测定法将这种算法的灵敏度提高到87%,将特异性提高到66%。此外,这种测定法并未预测19例潜伏性结核病样本中的ATB存在,这表明该方法可有效地将需要立即就医的患者从不需要疾病干预的患者中区分开来。

  论文共同通讯作者、威斯生物启发工程研究所的David Walt教授说:“我们分析出的这四种血液蛋白的水平都已在多种不同的疾病中得到鉴定,但只有结合一种预测算法后,它们才能将ATB与其他疾病区分开来。”

  更快、更好和更便宜

  在这项研究的第二阶段,这些研究人员通过在来自越南南、非和秘鲁的317个不同样本中测试识别出ATB的能力来验证他们的算法。他们还在这一组样本中测试了第五种生物标志物,以改善这种算法的性能:抗结核杆菌抗原Ag85B抗体的存在。在添加这种新的参数后,这种测试方法能够实现86%的灵敏度和69%的特异性。它还在HIV阳性和阴性样本以及潜伏性结核病样本中维持了它的性能。这项研究中使用的设备每次测试成本约为10美元,但可以使用较便宜的材料将其配置为2美元的耗材版本。

  论文共同通讯作者、布罗德研究所蛋白质组学与生物标志物发现计划高级小组负责人Michael Gillette博士说,“这种方法不仅是目前最快、最准确的ATB分诊测试之一,而且与其他现有方法相比,它更适合在资源贫乏的地区进行部署,它适用于被不同结核杆菌菌株感染的患者,而且它的检测结果不受HIV感染状态的影响。这些特性使它有潜力成为拯救生命的工具,这是因为它可以识别出需要立即进行结核病诊断测试的患者,这既可以减少未诊断的ATB导致的死亡,又可以减少对非ATB患者过度使用抗生素和进行昂贵的诊断。”?

  这项研究人员正在添加更多的具有诊断价值的生物标志物(包括直接测量TB抗原)并进行多重检测,从而继续完善和改进他们的分类测试方法,以便可以同时检测多达十种分析物。

  威斯生物启发工程研究所创始主任Donald Ingber博士说,“创建这种分类测试所采用的方法---首先鉴定出能够为疾病提供高度特异性特征的多种生物标志物,然后设计一种测定方法以达到临床需要所建立的终点---代表了诊断测试方法开发上的根本转变。我们希望看到这种分类测试和其他的许多方法在未来能够在以前的尝试都失败的情况下获得成功。”