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近日，中科院青島能源所單細胞中心與中山大學光華口腔醫(yī)學院合作發(fā)表了基于重水標記單細胞拉曼成像的藥物抗菌效果評價技術，可以實現(xiàn)在單個細菌細胞精度快速測量藥物對細胞代謝活性的抑制性。以此為基礎提出的“基于代謝活性的zui低抑菌濃度”（MIC-MA指數(shù)），與目前臨床用藥普遍依據(jù)的“zui低抑菌濃度”（MIC 指數(shù)）相比具有重要的特色與優(yōu)勢，有望成為指導臨床用藥的新標準之一。該工作近期發(fā)表于Analytical Chemistry。
迄今為止，MIC指數(shù)，即體外培養(yǎng)細菌24小時后能抑制培養(yǎng)基內病原菌生長的zui低藥物濃度，一直是微生物藥敏試驗、抗菌藥效評價和臨床抗菌方案制定的主流標準與主要依據(jù)之一。“然而其測量不僅耗時耗力，且對難以實驗室培養(yǎng)或生長緩慢的病菌無能為力。尤其關鍵的是，MIC只能從抑制細胞數(shù)目擴增這一角度反映與測量藥效，卻無法檢測處于NGMA狀態(tài)的病菌，即在藥物作用下已經不再增殖但仍然具備代謝活性的存活細胞。”中科院青島能源所單細胞中心主任徐健告訴《中國科學報》記者。
他進一步解釋道，這種狀態(tài)的病菌在臨床上十分常見，如果在抗菌治療中成為漏網之魚，將貽誤病情，引起復發(fā)感染，進而誘導耐藥菌乃至“超級細菌”的頻繁出現(xiàn)。因此根據(jù)MIC制定抗菌治療方案有可能出現(xiàn)“不夠快、不夠準、不夠狠”的情況。
針對上述瓶頸問題，徐健帶領研究人員開發(fā)了基于拉曼組的細菌藥物應激效應成像技術，有效地克服了上述缺陷。他們的研究以導致齲病的變形鏈球菌與多種臨床常見抗菌藥物為模式，證明單細胞拉曼成像能夠測量細胞利用胞外重水分子的速率，而后者與該細胞的代謝活躍程度呈高度的正相關。
與重水標記耦合的單細胞拉曼成像能夠從對微生物代謝活性抑制的角度定量測量藥效，讓處于NGMA狀態(tài)的細胞無所遁形，從而使抗菌治療方案“夠準”；對于絕大部分細菌、古菌和真菌，該方法能夠測量同一樣品內不同細胞之間在抗菌效應上的差異程度，評價病菌細胞群體或群落在藥物作用下是否已被“趕盡殺絕”，從而使抗菌治療方案“夠狠”。
該研究的*作者、中山大學光華口腔醫(yī)學院與單細胞中心聯(lián)合培養(yǎng)的博士研究生陶一帆表示，實驗還證明，該方法能夠在半小時內快速區(qū)分氟耐受型和氟易感型的變形鏈球菌，這一高度靈敏性對于評價抗菌效果是否“夠快”具有重要意義。
基于上述重水標記單細胞拉曼成像技術，研究人員提出了名為 “基于代謝活性的zui低抑菌濃度”（MIC-MA指數(shù)）的抗菌藥效指標，即藥物作用8個小時后所有細胞其代謝活性*、且全都被抑制的zui低藥物劑量。“對于特定病菌和特定抗菌藥物，MIC-MA指數(shù)與MIC指數(shù)顯著不同。”徐健稱：“在本研究測試的三種抗菌藥物的MIC劑量下，盡管變形鏈球菌細胞群體已經不再生長與擴增，但大部分的細胞都仍然保持著一定的代謝活性。”
事實上，在高達60倍MIC的氨芐西林劑量時，仍然存在高比例的NGMA狀態(tài)的變形鏈球菌細胞，這導致在抗生素壓力消失時病菌“星火燎原”，發(fā)生復發(fā)感染，也進一步說明MIC-MA在評價抗菌藥效是否“快、準、狠”等方面，與目前臨床上普遍參照的MIC相比，具有重要的特色與優(yōu)勢。
徐健指出：“傳統(tǒng)MIC檢測將受試微生物作為同質化的群體來看待，忽視了針對細胞之間藥效異質性的考察與評價。而MIC-MA在單個細胞精度的藥敏性與藥效檢測，對于研究考察耐藥性形成與微進化機制等方面具有重要意義。”
單細胞中心前期已經證明拉曼組能夠快速區(qū)分細胞藥物應激機制。徐健期望，拉曼組技術將成為指導“個體化”臨床用藥與耐藥性快檢的新手段與新標準之一，同時，也為新型抗菌藥物篩選與研發(fā)提供了嶄新的共性技術平臺。
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