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產品時間：2023-12-25
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瘧疾是破壞性極大的熱帶疾病之一，然而許多時候，待到確診感染，卻為時已晚。在不久的將來，診斷過程將實現(xiàn)自動化。西門子研究人員正在開發(fā)高度靈敏的血液分析系統(tǒng)。
按蚊叮咬，會傳播瘧原蟲，導致瘧疾。
非洲南部，一種流行病正在肆虐，令無數(shù)人的夢想支離破碎?；蛟S稱得上是破壞性的熱帶疾病，每一年，瘧疾，都會在非洲、東南亞、地中海東部以及南美洲等地，讓數(shù)以千計的家庭家破人亡。此外，這種疾病每年都會導致數(shù)十億美元的直接和間接損失。
盡管如此，國際上對這種疾病的關注卻相對較少。David Sullivan博士，是位于巴爾的摩市的約翰霍普金斯大學彭博公共衛(wèi)生學院的一名傳染病研究人員，他說：“瘧疾是一種被遺忘的疾病。”而實際上，與瘧疾相關的數(shù)字，極其驚人。據(jù)世界衛(wèi)生組織（WHO）估算，2012年，約有兩億人罹患瘧疾。超過60萬人被瘧疾奪走生命——其中大多數(shù)是撒哈拉以南非洲地區(qū)的5歲以下幼童。
瘧疾的診斷存在嚴重問題。Sullivan說：“全球只有10%左右的病例被確診。”這是因為，瘧疾的癥狀都是非特異性的。高燒、發(fā)冷、頭痛和身體虛弱等癥狀，也會表現(xiàn)在許多不同的疾病上。另一方面，在熱帶國家，幾乎每一例發(fā)熱，都采用抗瘧疾藥物來治療，哪怕并不確定是否確實是因按蚊叮咬而受到感染。
在德國和美國等西方工業(yè)化國家，瘧疾的年發(fā)病率約為1000例，因此，醫(yī)生在收治帶有這些癥狀的患者時，可能一時想不到是熱帶熱病。在維也納領導西門子中央研究院生物傳感器小組的Barbara Kavsek說：“待到這種疾病確診之時，或許已經為時已晚。”哪怕是在美國，每年也有許多瘧疾患者，因主治醫(yī)生未能及時診斷而失去寶貴生命。
瘧疾診斷的黃金標準，依然是對患者的血液進行顯微鏡分析。為此，需將厚血膜置于載玻片上，晾干、染色，制成瘧疾血片，然后在顯微鏡下觀察，整個過程約耗時一個小時。染色過程中，血細胞會破裂，因而在顯微鏡下，單細胞瘧原蟲一目了然。為了確定瘧原蟲類型——三種最常見的瘧疾類型，是由不同種類的單細胞瘧原蟲引起的——接下來要在顯微鏡下檢查薄血膜血片。剛剛侵入紅細胞內的瘧原蟲周圍有空泡，呈環(huán)形。然而，這種診斷方法的問題在于，診斷質量在很大程度上取決于實驗操作員對這種疾病是否具備豐富經驗。就算是在瘧疾猖獗的國家，診斷準確率也千差萬別。
自動化瘧原蟲檢測。一種替代方法是采用試劑法，其作用原理與早孕試紙類似。Hinrich Sudeck博士，是位于漢堡的Bernhard Nocht研究所德國熱帶醫(yī)學部的負責人，他表示：“然而，這種方法并非可靠。”因此，許多醫(yī)生想要進行瘧原蟲常規(guī)驗血——以便發(fā)出某種瘧疾告警。Sudeck說：“這樣的程序代表著巨大的進步。”
西門子研究人員正在開發(fā)用于診斷瘧疾的常規(guī)檢測方法。譬如，利用這種方法，ADVIA 2120（右下圖）每小時可以自動分析120份血樣。
這正是西門子醫(yī)療和西門子中央研究院的研究人員努力的方向。Kavsek是一位數(shù)學家，在她的帶領下，維也納和格拉茨的研究團隊正在努力改進西門子ADVIA 2120血液分析儀，以使之適用于瘧疾診斷。這臺與洗衣機差不多大小的實驗室儀器實現(xiàn)了*自動化，每小時可以分析120份血樣。世界各地的許多醫(yī)院都在使用ADVIA 2120血液分析儀。通常血樣會被放置在一個類似于裝配線的系統(tǒng)中，而分析儀，將對每一份血樣進行處理和分析——加入試劑、混合血樣、輕輕晃動、激光束照射。
ADVIA的檢測結果是血象。取決于所選設置，血象包含300到500個參數(shù)。譬如，ADVIA可以查明紅血球、白血球以及血小板的數(shù)目、大小和形狀，并測定Hb值——即，血紅蛋白的比例。血紅蛋白是一種令血液呈紅色的天然色素。檢測數(shù)據(jù)會保存在實驗室的信息系統(tǒng)中，并轉發(fā)給主治醫(yī)生。根據(jù)血象，醫(yī)生可以診斷出血液及造血器官疾病，如遺傳性疾病、缺乏癥、中毒、細菌感染和白血病。
2012年，約兩億人罹患瘧疾。超過60萬人被瘧疾奪走生命，其中大多數(shù)是兒童。
快速擴散。瘧疾也是一種血液病。經蚊蟲叮咬，瘧原蟲病原體會侵入人體。最初幾天，它寄居在肝臟內大量繁殖，然后侵犯紅血球。在紅血球中，這些單細胞生物以糖分和血紅蛋白為養(yǎng)料，不斷繁殖。最終，紅血球開始破裂，這將引發(fā)可怕的高熱癥狀。瘧原蟲病原體會在血漿中不斷擴散，侵入新的血細胞。
瘧疾感染會在血象中留下蛛絲馬跡，譬如，導致血小板數(shù)量減少。然而，這種特征也適用于其他疾病。因此，不可能僅憑這一個值或其他幾個值就確診是瘧疾。另一個挑戰(zhàn)是，瘧疾病原體分為多個不同種類，不僅各個地區(qū)盛行的瘧原蟲種類各不相同，而且其在血液中留下的痕跡也不盡相同。這，加大了診斷難度。
“指紋”識別。盡管如此，西門子研究人員推測，或許可以通過特征模式，即某種“指紋”，來查明這種疾病。兩年前，Kavsek和她的同事開始與醫(yī)生和化驗診斷師合作，探尋瘧疾在血液中留下的蛛絲馬跡的模式。Kavsek坦言：“問題非常復雜。”她解釋道，真正困難之處在于找到適當?shù)慕y(tǒng)計方法，用于評估形形的血液參數(shù)是否適用于瘧疾診斷。
不過，研究人員取得了成功。經過重重篩選，最終只剩少數(shù)幾個參數(shù)，并得出了一個簡單的公式，未來，ADVIA分析儀可以利用這些參數(shù)和公式來檢查每一份血樣的瘧疾“指紋”。Kavsek強調指出：“參數(shù)遴選至關重要，這決定了預后。”她說，相比于耗時費力的準備過程，儀器本身進行的計算又快又便捷。
靈敏度和特異性。現(xiàn)在，西門子團隊正努力從印度、巴西、荷蘭和非洲獲取數(shù)據(jù)集并進行分析。這是因為，研究人員在創(chuàng)建公式時所依據(jù)的數(shù)據(jù)越多，實現(xiàn)的自動化分析過程就越可靠。Kavsek說：“我們已經實現(xiàn)了很高的靈敏度和特異性。”換句話說，哪怕血樣中的瘧原蟲數(shù)量很少，ADVIA也能查出瘧疾，并且陽性結果一般不會有誤。
此外，西門子專家正在研究可以區(qū)分不同類型瘧疾的方法。這樣的話，取決于所執(zhí)行的分析，可以為ADVIA分析儀配備不同的設置。譬如，有時候，允許分析儀記錄哪怕只有一丁點兒疑似跡象的瘧疾，也許是明智之舉。抑或，診斷出不同類型的瘧疾有助于對癥施治。Kavsek說：“我們這種方法的絕妙之處在于，既無需安裝新的傳感器，也不必另外執(zhí)行其他測定，測得數(shù)據(jù)已經包含了所需的全部信息。”