细菌β-内酰胺酶在体外诊断及体内成像、诊断和治疗中的用途制造技术

本发明专利技术提供使用针对细菌性酶的底物，用于检测、量化、区分、诊断和成像病原性细菌或与其相关的状况的方法。比较在细菌的存在下由底物或酶产品与对照发射的荧光、冷光或比色信号，以检测和定位所述病原性细菌。本发明专利技术提供一种通过测量在存在或不存在潜在的治疗剂下由底物或产品发射的信号而用于筛选治疗剂以治疗病理生理状况的方法和一种通过使生物样品接触底物并使由分支杆菌β-内酰胺酶产品发射的信号成像而用于检测受试者中的分支杆菌感染的诊断方法。本发明专利技术还提供发荧光的底物或包含有效诱导颜色或pH变化的着色染料或化学试剂的底物。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】细菌β-内酰胺酶在体外诊断及体内成像、诊断和治疗中的用途相关申请的交叉参考本国际申请依据法条35U. S. C. § 120要求享有于2010年6月4日提交的美国序号为 12/802，340 的未决的部分接续申请(continuation-1n-part patent application) 的优先权，其依据法条35U. S.C. § 120要求享有于2009年8月6日提交的美国序号为 12/462,644的未决的非临时申请的优先权，其依据法条35U.S.C. § 119(e)要求享有于 2008年12月24日提交的美国序号为61/203，605的临时申请(目前已放弃)以及于2008年 8月6日提交的美国序号为61/188，112的临时申请(目前已放弃)的优先权，将上述申请的全部内容整体并入文中以供参考。
本专利技术通常涉及药物、病原微生物学和成像
更具体而言，本专利技术涉及在受试者的体外或体内成像过程中用于检测和定位细菌病原体的化合物和报告子。
技术介绍
在世界范围内，许多细菌感染造成显著的发病率和死亡率，并且许多最重要的细菌物种是β_内酰胺酶阳性的，这使其耐受标准的青霉素样抗生素。许多这种感染和青霉素耐受的出现的诊断通常是困难的，并且在灵敏地测定之前需要大量诊断实验室培养。例如，目前将近三分之一的世界人口感染了结核病并且其仍然对公共卫生构成严峻的威胁。当意识到在世界范围内持续存在有多药耐药和广泛耐药菌株(其不能够被轻易治疗)时，人们对其的关注度也大大提高。用于量化和评价在实验室中、组织培养细胞中以及动物模型和人类感染过程中的结核病活力的现有方法限于菌落形成单位(CFU)的测定和 /或组织和痰液的显微成像法。这些方法费时，往往难以解释，并且相对不敏感。大多数方法需要侵入性过程，在动物和人的情况下，所述侵入性过程必须在死后进行。无论是在动物模型中还是在患者体内，这些不足均使得所述方法难以跟踪疾病的进展，疫苗的有效性和治疗的结果。光学成像方法将允许直接观察结核病在感染过程中的活力、疗法的有效性以及使用活体动物以非侵入性方式在疾病过程中实时定位细菌。因此，本领域中公认的需要是用于成像和诊断细菌性疾病的改进方法。更具体而言，现有技术在针对β_内酰胺酶阳性细菌的灵敏度和特异性实时光学成像方法方面存在缺陷，所述β_内酰胺酶阳性细菌能够在体外和活体受试者体内使用来诊断和定位细菌感染、迅速筛选新的疗法以及鉴定新的药物靶标。本专利技术满足了本领域中这一长期的需要和愿望。
技术实现思路
本专利技术涉及一种用于实时检测受试者中病原性细菌的方法。该方法包含向受试者或来源于其的生物样品中引入针对病原性细菌β_内酰胺酶的荧光、冷光或比色底 物，并且使受试者或样品的β_内酰胺酶对于底物的活性所得到的产物成像。获取由β_内酰胺酶产物发射的波长信号，从而检测受试者中的病原性细菌。本专利技术涉及一种相关的方法，其进一步包含建立发射信号的3D重建，以测定受试者中病原性细菌的位置。本专利技术涉及另一种相关的方法，其进一步包含在发射信号比测量的对照信号的强度大的基础上， 实时诊断与病原性细菌相关的病理生理状况。例如，所述荧光、冷光或比色底物是CNIR2、 CNIR3、CNIR4、CNIR5、CNIR5-QSY22、CNIR7、CNIR9、CNIR10、CNIR7-TAT、笼式荧光素(caged luciferin)、比色试剂或其衍生物或类似物。本专利技术涉及一种用于实时检测病原性细菌的相关的方法。该方法包含向受试者中引入针对病原性细菌的内酰胺酶的底物或者使所述针对病原性细菌的内酰胺酶的底物接触来自于受试者的或由受试者表面获得的生物样品，并且使受试者或样品的β_内酰胺酶对于底物的活性所得到的产物成像。获取由β_内酰胺酶产物发射的波长信号，从而检测受试者中的病原性细菌。本专利技术涉及一种相关的方法，其进一步包含在生物样品中量化和区分已感染细胞与未感染细胞的步骤中的一种或两种。本专利技术涉及另一种相关的方法，其进一步包含建立发射信号的3D重建，以测定受试者中病原性细菌的位置。例如， 所述底物可以是荧光基因(fluorogenic)底物 CDC-1、CDC-2、CDC-3、CDC-4、CDC-5、CNIR5、 CNIR5. 2、CNIR5-QSY22、CNIR7、CNIR7-TAT、CNIR9、CNIR10、CNIR800、CNIR800. 2、CNIR800_3、 XHX2-81、XHX2-91、XHX3-1、XHX3-2、XHX3-26 或 XHX3-32，或其衍生物或类似物，或者包含一种着色染料或化学试剂的底物，所述着色染料或化学试剂基于β_内酰胺酶对它们的活性有效地产生颜色或pH变化。本专利技术还涉及一种用于诊断与受试者中的病原性细菌相关的病理生理状况的方法。该方法包含为受试者施用针对病原性细菌的β_内酰胺酶的荧光基因或冷光底物或使衍生自所述受试者的生物样品接触针对病原性细菌的β_内酰胺酶的荧光基因或冷光底物，并且使受试者的β_内酰胺酶对于底物的活性的产物成像。在产物的发射波长下实时测量荧光、冷光或比色信号强度，以使得大于测量的对照信号的荧光、冷光或比色信号强度与病理生理状况的诊断相关联。本专利技术涉及一种相关的方法，其进一步包含建立信号的 3D重建，以测定微生物病原体的位置。本专利技术涉及另一种相关的方法，其进一步包含施用有效治疗病理生理状况的一种或多种治疗性化合物。本专利技术涉及另一种相关的方法，其包含向受试者再次施用荧光基因化合物并使受试者再次成像或使衍生自受试者的生物样品与所述荧光基因底物接触；并且使受试者或所述生物样品成像以监控治疗性化合物的有效性，以使得与诊断信号相比的发射信号的降低表明对病理生理状况的治疗效果。例如，所述荧光基因或冷光底物是 CNIR2、CNIR3、CNIR4，CNIR5、CNIR5-QSY22、CNIR7、CNIR9、CNIR10、 CNIR7-TAT、笼式荧光素、比色试剂或其衍生物或类似物。本专利技术涉及一种用于诊断与受试者中病原性细菌相关的病理生理状况的相关的方法。该方法包含为受试者施用针对病原性细菌的β-内酰 胺酶的底物或使其接触衍生自受试者的生物样品，并且使受试者的β-内酰胺酶对于底物的活性的产物成像。在产物的发射波长下实时测量信号强度(例如，荧光、冷光或比色信号)；其中大于测量的对照信号的信号强度与病理生理状况的诊断相关联。本专利技术涉及一种相关的方法，其进一步包含在生物样品中量化和区分感染细胞与未感染细胞的步骤中的一种或两种。本专利技术涉及另一种相关的方法，其进一步包含建立信号的3D重建，以测定微生物病原体的位置。特别地，所述底物可以是荧光基因底物 CDC-1、CDC-2、CDC-3、CDC-4、CDC-5、CNIR5、CNIR5. 2、CNIR5-QSY22、 CNIR7、CNIR7-TAT、CNIR9、CNIR10、CNIR800、CNIR800. 2、CNIR800-3、XHX2-81、XHX2-91、 XHX3-1、XHX3-2、XHX3-26或XHX3-32，或其衍生物或类似物，或者包含一种着色染料或化学试剂，所述着色染料或化学试剂基于β_内酰胺酶对它们的活性有效地产生颜色或PH变化。本专利技术进一步涉及一种用于检测受试者中分支杆菌感本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.06.04 US 12/802,3401.一种用于实时检测受试者中的病原性细菌的方法，其包含 向受试者中引入针对病原性细菌的β-内酰胺酶的底物或者使来自于受试者的生物样品或从表面获得的生物样品与针对病原性细菌的β-内酰胺酶的底物接触； 使受试者或样品的β-内酰胺酶对于底物活性得到的产物成像；和 获取由β-内酰胺酶产物发射的波长信号，从而检测受试者中的病原性细菌。2.根据权利要求1所述的方法，其进一步包含建立发射信号的3D重建，以测定受试者中病原性细菌的位置。3.根据权利要求1所述的方法，其进一步包含量化和/或区分生物样品中的已感染细胞与未感染细胞。4.根据权利要求3所述的方法，其中通过利用流式细胞术、共聚焦显微镜法或荧光光谱法中的一种或多种来进行已感染细胞的区分和/或量化步骤。5.根据权利要求1所述的方法，其中所述底物是荧光基因底物CDC-1、CDC-2、CDC-3、CDC-4、CDC-5、CNIR5、CNIR5. 2、CNIR5-QSY22、CNIR7、CNIR7-TAT、CNIR9、CNIR10、CNIR800、CNIR800. 2、CNIR800-3、ΧΗΧ2-81、ΧΗΧ2-91、ΧΗΧ3-1、ΧΗΧ3-2、ΧΗΧ3-26 或 ΧΗΧ3-32，或其衍生物或类似物。6.根据权利要求1所述的方法，其中所述底物包含有效地诱导颜色或pH变化的着色染料或化学试剂。7.根据权利要求6所述的方法，其中所述底物被连接至颗粒或微球或被连接至生物素。8.根据权利要求1所述的方法，其中所述生物样品是痰液、胸腔积液、尿液、血液、唾液、粪便或通过擦拭受试者上感兴趣的区域而获得的样品。9.根据权利要求1所述的方法，其中所述病原性细菌是拟杆菌属、梭菌属、链球菌属、葡萄球菌属、假单胞菌属、嗜血杆菌属、军团菌属、分支杆菌属、埃希氏菌属、沙门氏菌属、志贺氏菌属或李斯特菌属的细菌物种。10.根据权利要求9所述的方法，其中所述病原性细菌包含结核分支杆菌复合物或鸟分支杆菌复合物。11.根据权利要求1所述的方法，其中获取的信号是荧光、冷光或比色信号。12.根据权利要求1所述的方法，其中成像波长是从大约300nm至大约900nm并且发射波长是从大约300nm至大约900nm。13.根据权利要求12所述的方法，其中所述成像波长是大约540nm至大约730nm并且所述发射波长是大约650nm至大约800nm。14.一种用于诊断与受试者中的病原性细菌相关的病理生理状况的方法，其包含 向受试者施用针对病原性细菌的β_内酰胺酶的底物或使衍生自受试者的生物样品接触针对病原性细菌的β-内酰胺酶的底物； 使受试者的β_内酰胺酶对于底物活性的产物成像；和 在产物的发射波长下实时测量信号强度，其中大于测量的对照信号的信号强度与病理生理状况的诊断相关联。15.根据权利要求14所述的方法，其进一步包含建立信号的3D重建，以确定微生物病原体的位置。16.根据权利要求14所述的方法，其进一步包含量化和/或区分生物样品中的已感染细胞与未感染细胞。17.根据权利要求16所述的方法，其中通过利用流式细胞术、共聚焦显微镜法或荧光光谱法中的一种或多种来进行已感染细胞的区分和/或量化步骤。18.根据权利要求14所述的方法，其进一步包含施用有效治疗病理生理状况的一种或多种治疗性化合物。19.根据权利要求14所述的方法，其进一步包含 向受试者再次施用所述底物或使衍生自受试者的生物样品接触所述底物；和 使受试者或所述生物样品成像以监控治疗性化合物的有效性；其中与诊断信号相比的发射信号的降低表明对病理生理状况的治疗效果。20.根据权利要求14所述的方法，其中所述病理生理状况是结核病。21.根据权利要求14所述的方法，其中所述生物样品是痰液、胸腔积液、尿液、血液、唾液、粪便或通过擦拭受试者上感兴趣的区域而获得的样品。22.根据权利要求14所述的方法，其中所述病原性细菌包含拟杆菌属、梭菌属、链球菌属、葡萄球菌属、假单胞菌属、嗜血杆菌属、军团菌属、分支杆菌属、埃希氏菌属、沙门氏菌属、志贺氏菌属或李斯特菌属的细菌物种。23.根据权利要求22所述的方法，其中所述病原性细菌包含结核分支杆菌复合物或鸟分支杆菌复合物。24.根据权利要求14所述的方法，其中所述底物是荧光基因底物⑶C-1XDC-2、⑶C-3、CDC-4、CDC-5、CNIR5、CNIR5. 2、CNIR5-QSY22、CNIR7、CNIR7-TAT、CNIR9、CNIR10、CNIR800、CNIR800. 2、CNIR800-3、XHX2-81、XHX2-91、XHX3-1、XHX3-2、XHX3-26 或 XHX3-32，或其衍生物或类似物。25.根据权利要求14所述的方法，其中所述底物包含有效地诱导颜色或pH变化的着色染料或化学试剂。26.根据权利要求25所述的方法，其中所述底物被连接至颗粒或微球或被连接至生物素。27.根据权利要求14所述的方法，其中测得的信号是荧光、冷光或比色信号。28.根据权利要求14所述的方法，其中成像波长是从大约300nm至大约900nm并且发射波长是从大约300nm至大约900nm。29.根据权利要求28所述的方法，其中所述成像波长是大约540nm至大约730nm并且所述发射波长是从大约650nm至大约800nm。30.一种用于检测受试者中分支杆菌感染的诊断方法，其包含 从受试者处获得生物样品； 使生物样品接触分支杆菌β_内酰胺酶的底物； 使生物样品的β_内酰胺酶对于底物活性的产物成像；和 在产物的发射波长下测量信号强度，其中大于测量的对照信号的信号强度显示分支杆菌感染的存在。31.根据权利要求30所述的方法，其进一步包含量化和/或区分生物样品中的已感染细胞与未感染细胞。32.根据权利要求31所述的方法，其中...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·D·奇里洛，J·C·萨凯帝尼，饶江洪，谢贺新，
申请(专利权)人：德克萨斯AM大学体系，利兰·斯坦福青年大学托管委员会，
类型：
国别省市：