快速确定血流感染（BSI）中病原菌的药物敏感性以指导临床用药，对于降低患者的死亡率至关重要。传统BSI的药物敏感性实验（AST）步骤繁琐且耗时较长，如何避免冗长的培养并缩短AST时间一直是临床上的迫切任务。针对这一难题，青岛能源所单细胞中心与山东大学、青岛大学附属医院和青岛星赛生物等单位合作开发了一种从阳性血瓶出发的药物敏感性快速检测芯片，实现了阳性血瓶中病原菌分离、富集、药敏检测的一体化，将整个过程的总周转时间缩短为3.5小时。该研究成果近日发表于Analytical Chemistry《分析化学》杂志。

从阳性血瓶出发的一体化血流感染药敏快检技术（图/刘阳）

BSI是由病原微生物侵入血液而引起的传染病，严重威胁人类健康。然而，在疾病早期往往无法及时进行有效治疗，是导致BSI高发病率、死亡率的主要原因。目前的临床诊断和治疗方法，通常基于血培养、亚培养、AST等繁琐的过程，整个过程需要至少3天的时间。因此，在BSI的临床治疗中，医生通常凭借经验进行药物选择，不仅会导致不良的临床效果，还会促进耐药病原菌的传播，增加真菌感染的风险。在全球耐药问题日益严峻的背景下，快速诊断病原菌和快速AST是及时进行精准抗生素治疗的先决条件，对于提高预后尤为重要。

为了解决上述问题，山东大学的朱梅佳博士、单细胞中心的徐腾博士等人带领的研究小组，联合青岛星赛生物和青岛大学附属医院的研究人员，针对阳性血瓶样本，结合前期开发的微流控离心富集技术（Xu, et al., Sens. Actuators B Chem.2021）并集成预处理分离胶，设计开发了一种血流感染药敏快检芯片（BSI-AST）芯片，该芯片可在10 min内直接从阳性血瓶中提取细菌，并在3 h内快速获得药敏信息。BSI-AST芯片包括一个病原菌分离室、多个AST室和连接通道。

具体过程包括三个步骤：首先将阳性血瓶样本加入到预先加载了分离胶的病原菌分离室中，并通过离心快速分离病原菌与其他干扰物，如血细胞等；然后，通过快速真空辅助等分策略，将病原菌分布在预载抗生素的AST室中；最后通过3小时孵育与离心富集，借助显微镜在AST腔室的锥形尖端观察不同抗生素作用下病原菌的生长表型，进而获取病原菌的药敏信息。为验证该技术的可行性，研究人员制作了大肠杆菌的模拟阳性血瓶，并利用BSI-AST芯片一站式完成大肠杆菌分离与18种抗生素的AST，同时BSI-AST芯片还成功应用于临床实际样本的检测，与传统的临床标准方法结果的一致性高达93.3%。

BSI-AST芯片可以直接检测阳性血瓶样本的药敏性，无需进行复杂而耗时的继代培养，大大缩短了病原菌获取的时间及药敏检测的时间，仅需进行2步离心和显微观察，即可获得样本的药敏信息。这项技术有望为临床医生提供更加准确和及时的药物选择指导，进而提高抗菌药物的治疗效果，减少抗生素的滥用，具有重要的临床应用价值。

在基金委国家重大科学仪器研制项目的支持下，单细胞中心前期开发了业界首台临床单细胞拉曼药敏快检仪（CAST-R）。BSI-AST芯片的研制成功，为药敏检测的样品预处理环节提供了一个快速、便捷的工具。

该工作由单细胞中心马波研究员和山东大学程永强研究员主持，与青岛星赛生物合作完成，得到了国家自然科学基金、山东省自然科学基金的支持。

原文链接：https://doi.org/10.1021/acs.analchem.3c02737

Meijia Zhu, Teng Xu, Yongqiang Cheng*, Bo Ma, Jian Xu, Zhidian Diao, Fei Wu, Jing Dai, Xiao Han, Pengfei Zhu, Chao Pang, Jing Li, Hongwei Wang, RanRan Xu, Xiaotong Li. Integrated Microfluidic Chip for Rapid Antimicrobial Susceptibility Testing Directly from Positive Blood Cultures. Analytical Chemistry, 2023.