用于病原体的鉴定和定量的光谱学系统和方法技术方案

用于检测由患者生物流体衍生的样品中的致病物的系统可以包含与通信网络偶联的接收器和与所述接收器偶联的控制器。所述控制器可包含处理器和存储器。所述控制器可以被配置为生成样品的红外光谱。样品光谱可包含一个或多个样品光谱成分，所述样品光谱成分包括样品波数和样品吸光度值。一组参考光谱模型可包含一个或多个参考光谱成分。所述参考光谱成分可包含参考波数和参考吸光度值。所述参考光谱成分可包含与脓毒症有关的一个或多个病原体特征。可以使用所述参考光谱模型将所述一个或多个样品光谱成分分类为致病性的。可以使用所分类的样品光谱成分生成病原体数据。

A Spectroscopic System for Identification and Quantification of Pathogens

A system for detecting pathogens in samples derived from patient biofluids may include a receiver coupled to a communication network and a controller coupled to the receiver. The controller may include a processor and a memory. The controller can be configured to generate infrared spectra of samples. Sample spectra may include one or more sample spectral components, which include sample wavenumber and sample absorbance value. A set of reference spectral models may contain one or more reference spectral components. The reference spectral component may include a reference wave number and a reference absorbance value. The reference spectral components may include one or more pathogenic characteristics associated with sepsis. The reference spectral model can be used to classify the spectral components of one or more samples as pathogenic. Pathogen data can be generated using the spectral components of the classified samples.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于病原体的鉴定和定量的光谱学系统和方法相关申请的交叉引用本申请要求2016年8月19日提交的标题为“用于诊断引起脓毒症的病原体的光谱学方法和装置(SpectroscopicMethodandDeviceforDiagnosisofPathogenscausingSepsis)”的澳大利亚临时专利申请号2016903287的优先权，所述澳大利亚临时专利申请的内容通过引用以整体并入本文。
技术介绍
脓毒症脓毒症是由患者的免疫反应引起的，所述免疫反应由病原体感染触发。所述感染最通常是细菌性的，但是也可以来自于真菌、病毒或寄生虫。脓毒症在患者对感染的应答损害其自身组织和器官时是可危及生命的。常见的体征和症状包括发烧、心率增加、呼吸频率增加、和意识模糊。但是在非常幼年、老年和免疫系统减弱的人中，可能没有特异性感染症状且体温可能降低或正常而不是升高。疾病的严重程度部分地决定了结果，脓毒症的死亡风险高达30％，严重的脓毒症死亡率高达50％，而脓毒性休克的死亡率高达80％。因为发展中国家的数据非常少，世界范围的病例总数是未知的，但是据估计脓毒症每年影响数百万人。过去，诊断是基于对由于假定的感染所致的至少两种全身炎症应答综合症(SIRS)标准的评估。在2016年，通过SIRS的筛选被qSOFA(快速脓毒症相关器官衰竭评价)替代，包括以下三者中的两者：呼吸频率增加、意识水平改变和低血压。但是这可能是不准确的，因为诸如过敏症、肾上腺功能不全、低血容量、心力衰竭和肺栓塞的其它病况经常具有与脓毒症非常相似的体征和症状。因此，通常在启动治疗之前进行血培养诊断法。传统的鉴定前血培养诊断法需要超过一天进行诊断，所以经常是滞后的。新的分子方法，例如由Dark等人(Intensivecaremedicine,2015,41,21-33)所述的那些，包括质谱学和多路实时PCR(Septifast)且可以在采血后6小时内获得结果和需要复杂的扩增步骤。当前用于脓毒症诊断的技术对于床旁(point-of-care)检测来说是不实用的。这意味着，由于问题的紧要性质而需要立即采取的医学处理经常被延迟，对于病原体类型不具有特异性，且基于主观诊断。其它发展中的技术如集成的全面小滴数字检测(IntegratedComprehensiveDropletDigitalDetection)将实时检测与基于DNA酶的传感器、小滴微囊化和高通量3D粒子计数系统集成，以检测每毫升血液中的1-10,000个细菌(Kang等人，NatureCommunications,2014,5,5427)。尽管这种方法可能具有非常高的灵敏度，但是其仅在增量掺杂(spiked)的血样中得到证明且需要熟练的操作人员和非常昂贵的设备。T2磁共振最近被应用于检测念珠菌属(Candida)的真菌感染，检测限为血样中的一个集落形成单位，但是该试验仍需大约3小时(Neely等人，ScienceTransiationalMedicine,2013,5,182ral154)。所有这些技术依赖于宿主和病原体之间的DNA序列差异且需要某些类型的DNA提取或扩增过程。因此，需要有效的床旁检测来为急诊发热患者评价脓毒症，以提供专门的和更及时的治疗。血液的振动光谱学分析诸如ATR-FTIR的技术已经被用于血液感染的诊断。例如，KHOSHMANESH,A.等人(AnalyticalChem.86,pp4379-4386)使用ATR-FTIR光谱学利用由疟疾寄生虫诱导的RBC脂质的变化来定量固定的红细胞中的寄生虫。Sitole等人(OMICS:AJournalofIntegrativeBiology,18(8)pp.513-523)鉴定了对照样品和HIV感染的样品的ATR-FTIR光谱之间位于脂质、蛋白质和脂肪酸的谱带中的差异。Chunder(美国专利号8,822,928)提出利用光谱中不同IR谱带的宽度和吸光度将IR用于内部器官的诊断病理学。EI-Sayed等人(美国专利号6,379,920)公开了通过获取红外、拉曼或荧光光谱来检测血液样品中的细菌感染。具体地，EI-Sayed教导了通过分析被感染血清的样品来诊断生物学样品中的细菌的方法。使用光谱仪，从被感染血清的光谱减去以前获得的标准血清的光谱，并将得到的差示光谱与细菌在盐水中的参考光谱相比较以确定被感染血清中存在的特定细菌。然而，这种方法的缺点在于没有考虑到由包括营养在内的许多因素引起的血清之间的代谢性差异。Wood等人(国际专利申请号PCT/AU2015/000631)公开了使用ATR-FTIR光谱的多变量分析来检测感染性血液传播疾病的方法。具体地，Wood教导了检测血液中的致病物如疟疾寄生虫以及血清、血浆和全血中的HIV、HBV、HCV感染的方法。然而，所有上述研究都聚焦于检测广泛收集的光谱中的特征(signature)，但没有一个独特的特征与病原体物种的存在直接相关。具体地，上述的传统方法依赖于疾病引起的血清代谢物改变，而不是直接检测引起脓毒症的病原体。血清是具有数以千计代谢物的复杂基质，一个或多个独特特征的检测非常容易受到由患者的复杂的新陈代谢引起的干扰的影响。上述的技术不能定量血清的致病性载荷。因此，需要开发直接且稳定地检测与病原体有关的光谱学谱带的用于床旁检测的基于振动光谱学的方法。
技术实现思路
在一种形式中，本文中讨论的技术涉及在包括血液、血清、水、盐水、乳、尿、唾液和其它体液在内的液体中存在的病原体的光谱学检测的领域。所检测的病原体可以包括细菌、病毒、朊病毒和真菌，以及与脓毒症有关的病原体。本文的系统和方法可包括对病原体的直接光谱学鉴定。这可以包括使用用于光谱分析的生物试样的准备阶段，且可以包括对患者样品或病原体的过滤、纯化、浓缩、沉淀和/或干燥，随后无需培养进行基于独特分子表型的直接光谱学鉴定。在一些变体中，病原体的床旁检测分类学鉴定可包括基于由临床血样衍生的红外光谱与参考光谱数据库的匹配来鉴定与脓毒症有关的一系列病原体存在或不存在的步骤。例如，病原体的列表可包括预先确定的或预先选择的引起脓毒症的十二(或其它数字)种最常见或最可能的病原体的列表。例如，病原体列表可包括但不限于肺炎克雷伯氏杆菌(Klebsiellapneumonia)、大肠杆菌(Escherichiacoli)、铜绿假单胞菌(Pseudomonasaeruginosa)、表皮葡萄球菌(Staphylococcusepidermidis)、停乳链球菌(Streptococcusdysgalactiae)、头葡萄球菌(Staphylococcuscapitus)、粪肠球菌(Enterococcusfaecaiis)、金黄色葡萄球菌(Staphylococcusaureus)、蜂房哈夫尼菌(Hafniaaivaris)、嗜麦芽黄单胞菌(Stenotrophomonasmaltophila)、屎肠球菌(Enterococcusfaecium)和近平滑假丝酵母(Candidaparapsilosis)。在一些变体中，可以通过使用粒子例如二氧化硅粒子截留例如细菌、病毒和真菌的物种来聚集脓毒症的形迹。然后可以使用光谱学装置检测这些物种。在一些变体中，可以使用ATR-IR、ATR-F本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于检测由患者生物流体衍生的样品中的致病物的系统，所述系统包括：与通信网络偶联的接收器；与所述接收器偶联的控制器，所述控制器包括处理器和存储器，并且所述控制器被配置为：生成样品的红外光谱，所述样品光谱包含一个或多个样品光谱成分，所述样品光谱成分包括样品波数和样品吸光度值；提供包括一个或多个参考光谱成分的一组参考光谱模型，所述参考光谱成分包括参考波数和参考吸光度值，其中所述参考光谱成分包含与脓毒症有关的一个或多个病原体特征；使用所述参考光谱模型将所述一个或多个样品光谱成分分类为致病性的或非致病性的；和使用所分类的样品光谱成分生成病原体数据。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.08.19 AU 20169032871.一种用于检测由患者生物流体衍生的样品中的致病物的系统，所述系统包括：与通信网络偶联的接收器；与所述接收器偶联的控制器，所述控制器包括处理器和存储器，并且所述控制器被配置为：生成样品的红外光谱，所述样品光谱包含一个或多个样品光谱成分，所述样品光谱成分包括样品波数和样品吸光度值；提供包括一个或多个参考光谱成分的一组参考光谱模型，所述参考光谱成分包括参考波数和参考吸光度值，其中所述参考光谱成分包含与脓毒症有关的一个或多个病原体特征；使用所述参考光谱模型将所述一个或多个样品光谱成分分类为致病性的或非致病性的；和使用所分类的样品光谱成分生成病原体数据。2.一种用于检测由患者生物流体衍生的样品中的致病物的系统，所述系统包括：与通信网络偶联的接收器；与所述接收器偶联的控制器，所述控制器包括处理器和存储器，并且所述控制器被配置为：将所述样品的红外光谱记录到所述存储器，所述样品光谱包括一个或多个光谱成分，所述样品光谱成分包括样品波数和样品吸光度值；提供包括一个或多个参考光谱成分的一组参考光谱模型，所述参考光谱成分包括参考波数和参考吸光度值，其中所述参考光谱成分包括一个或多个病原体特征，所述病原体特征包括致病性细胞数量；使用所述参考光谱模型将所述一个或多个样品光谱成分分类为致病性的；使用所述参考光谱模型计算样品中致病性细胞的数目；和使用所分类的样品光谱成分和计算的致病性细胞的数目生成病原体数据。3.一种对患者中的病原体进行筛选的方法，所述方法包括：使用过滤器从患者生物流体提取试验样品；将所述试验样品施加到ATR晶体或红外/拉曼衬底；将来自红外-可见光谱的电磁波束递送通过所述试验样品；和检测试验样品的吸光度和波束散射中的至少一者，以评价病原体的存在。4.权利要求3的方法，其中提取所述病原体包括：使用过滤器从所述生物流体分离颗粒样品，将所述颗粒样品悬浮在溶剂中，将所述颗粒样品浓缩在一定量溶剂中以形成浓缩的试验样品。5.权利要求3或4的方法，所述方法进一步包括分析所述样品对所述电磁波束的吸收或散射以鉴定病原体。6.权利要求3至5任一项的方法，其中所述电磁波束是衰减性红外光束。7.权利要求3或4任一项的方法，所述方法进一步包括通过将试验样品对电磁波束的吸收或散射与数据库或与病原体的光谱模型相比较来鉴定与病原体类型对应的分子表型。8.一种对患者中的病原体进行筛选的方法，所述方法包括：在粒子的存在下离心来自所述患者的生物流体样品；将来自红外-可见光谱的电磁波束递送通过患者生物流体样品；和检测与至少一种病原体有关的粒子的存在。9.权利要求8的方法，其中使用血清分离管来离心所述生物流体样品。10.权利要求8的方法，所述方法进一步包括：分析所述样品对电磁波束的吸收或散射以检测与病原体有关的粒子的存在。11.权利要求8至10任一项的方法，所述方法进一步包括：使用所述吸收或散射来鉴定所述病原体。12.权利要求11的方法，其中鉴定所述病原体包括通过将所述样品对电磁波束的吸收或散射与数据库或与病原体的光谱模型相比较来鉴定对病原体类型具有特异性的分子表型。13.权利要求3至12任一项的方法，所述方法进一步包括确定所述试验样品中病原体的定量浓度。14.权利要求3至13任一项的方法，其中所述试验样品包括两种或更多种病原体。15.权利要求3至13...

【专利技术属性】
技术研发人员：拜登·罗伯特·伍德，菲利普·罗伯特·赫奥德，大卫·佩雷斯·古埃塔，卡米拉·纳塔利娅·科汉，
申请(专利权)人：莫纳什大学，
类型：发明
国别省市：澳大利亚,AU