專利名稱：檢測(cè)病原體的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及檢測(cè)病原體的領(lǐng)域。尤其是，本發(fā)明涉及一種系統(tǒng) 和方法，其用于一企測(cè)、鑒定、表征和監(jiān)測(cè)病原體和宿主標(biāo)i己，實(shí)時(shí) 從直接位置(instant location)收集和傳播到直接位置關(guān)于那些病原 體和它們的宿主的信息，提供立即的治療建議和教育信息。
背景技術(shù)：
傳染病的檢測(cè)和表征是一種復(fù)雜的過程，其理想地開始于病原 體的鑒定。這傳統(tǒng)上是通過直接4企查和培養(yǎng)適當(dāng)?shù)呐R床樣品來完 成。然而，直接檢查受限于存在的生物數(shù)目和受限于觀測(cè)者成功地 識(shí)別病原體的能力。類似地，病原體的體外培養(yǎng)取決于選擇適當(dāng)?shù)?培養(yǎng)基以及取決于微生物的苛求程度。病原體培養(yǎng)的應(yīng)用進(jìn)一步受 限于冗長(zhǎng)的溫育期和有限的壽丈感性、準(zhǔn)確性以及特異性。
當(dāng)體外培養(yǎng)仍然是可行的方案時(shí)，微生物的鑒定和區(qū)別 (differentiation)主要依賴于微生物形態(tài)和生長(zhǎng)變量，其在某些情 況下足以進(jìn)行菌4朱表4正(即，同工酶分布(輪廓)、抗生敏感性分布(輪廓)、以及脂肪酸的色譜分析(chematographic analysis))。
如果培養(yǎng)是困難的，或樣品未在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間收集，則感染的枱r 測(cè)經(jīng)常變成回i貞'性的，如果有的i舌，即通過i正明在感染宿主中的血 清抗體應(yīng)答?？乖涂贵w檢測(cè)方法已依賴于開發(fā)直接(DFA)和間接 (IFA)免疫熒光分析和基于酶免疫測(cè)定(EIA)的技術(shù)，〗旦這些方法同 樣可以面臨有限壽文感性的問題。
這些現(xiàn)有方法具有許多缺點(diǎn)。首先，這些方法可能需要許多天 才能獲得結(jié)果。在高度傳染性和/或危險(xiǎn)病原體的情況下，可能不會(huì) 接收到病原體類型的實(shí)證直到宿主已經(jīng)暴露于其它主體(others ) 或已經(jīng)超過治療期。其次，樣品運(yùn)輸?shù)綄?shí)驗(yàn)室用于培養(yǎng)生長(zhǎng)可增加 錯(cuò)誤的風(fēng)險(xiǎn)，如樣品的誤鑒定，或未保護(hù)人員暴露于包含高度傳染 性病原體的樣品。第三，基于由觀測(cè)者(即醫(yī)生)提供的可疑病原 體清單(pathogen list),病原體試驗(yàn)會(huì)受到限制，這意味著另外未 懷疑的^f旦可以存在的病原體未加以試-驗(yàn)。
與這種診斷方法有關(guān)的是對(duì)傳染病暴發(fā)的反應(yīng)。如果懷疑或檢 測(cè)到暴發(fā)，則現(xiàn)有反應(yīng)是幾百年老的隔離(4企疫，疫區(qū)限制， quarantine )方法。在4專染病暴發(fā)并且義于其擊夾少適當(dāng)治療和/或壽文感 的、特異的、以及快速篩選/診斷試驗(yàn)的情況下，隔離仍然是防止疾 病不受控?cái)U(kuò)散的僅有方式。當(dāng)簡(jiǎn)單地基于流行病學(xué)，或甚至基于可 比較的疾病描述(表象，表現(xiàn)，presentation),懷疑感染時(shí)，健康或 未暴露的個(gè)體可以連同感染個(gè)體一起被隔離，由于隔離(檢疫)的 結(jié)果，這提高了感染疾病的可能性。對(duì)所討論的病原體的快速證實(shí) 試驗(yàn)的可用性將大大地減少在隔離中所花費(fèi)的時(shí)間，因此將減少接 觸來自真正感染人員的疾病的可能性。
雖然隔離仍然是一種保護(hù)公眾健康最后采取的方法，但延遲提 供正確的i貪斷以及其后適當(dāng)?shù)闹委熗叛蛟卺t(yī)院和內(nèi) 一牛醫(yī)生it所經(jīng) 常發(fā)生。問題源于下述事實(shí)許多疾病在感染的早期具有非常類似 的臨床描述(表象)，并且在缺少充分的患者/旅行史的情況下，例 如癡疾或SARS可以i吳i貪為常見流感(即，發(fā)熱、受寒)，雖然具 有潛在的致命后果。如果可以獲得多種病原體試驗(yàn)(其可以區(qū)分具 有類似描述的疾病)，則可以避免悲劇。
與依賴形態(tài)特征相反，病原體基因型和蛋白質(zhì)性狀(特征)通
常提供用于檢測(cè)和表征傳染性因子(infectious agents)的可靠和可 量化信息。此夕卜，微生物DNA/RNA可以直接提取自臨床樣品而無 需對(duì)上述因子進(jìn)行純化或分離。
在全^求范圍內(nèi)，分子沖支術(shù)可以高通量方式應(yīng)用于篩選和監(jiān)測(cè)研 究，即監(jiān)控疾病流行和分布、評(píng)估控制措施、以及鑒定暴發(fā)。
已開發(fā)了用于多種個(gè)體4專染病(individual infectious disease ) 的重點(diǎn)護(hù)理it斷裝置(Point-of畫care diagnostic devices) (PDD)。在 大多數(shù)情況下，這些測(cè)定是免疫色譜單比色條試驗(yàn) (immunochromatographic single colorimetric strip test), 以在少量血
液或血清中檢測(cè)單一傳染性因子(對(duì)一種因子應(yīng)答的病原體特異性 抗原或抗體)。
這些目前的測(cè)定方法中沒有一種具有4企測(cè)多種病原體或同時(shí) 檢測(cè)多種病原體的基因組標(biāo)志和蛋白質(zhì)組標(biāo)志的能力。對(duì)于其它快 速it斷測(cè)定方法存在類似的限制。因?yàn)閹缀跛羞@些試-驗(yàn)都依賴于 單個(gè)目測(cè)比色變化以獲得它們的讀數(shù)，所以檢測(cè)多種病原體的可能 性受到嚴(yán)重限制并且大多數(shù)目前的PDD限于檢測(cè)單種病原體。因 此，為了評(píng)估患者的潛在傳染性因子或試驗(yàn)單位血液的常見可傳染 因子(transmissible agent),需要進(jìn)4亍多次連續(xù)的即時(shí)枱r驗(yàn)(重點(diǎn)照 護(hù)檢驗(yàn)，point-of-caretest),這使臨床管理復(fù)雜化、獲得結(jié)果較慢并 顯著增加成本。
許多PDD并不滿足被認(rèn)為是基本的要求，其包括容易進(jìn)行， 需要最少的訓(xùn)練，產(chǎn)生明確的結(jié)果，高敏感性和特異性，當(dāng)天產(chǎn)生 結(jié)果(優(yōu)選幾分鐘內(nèi))，相對(duì)較低的成本，以及不需要冷凍或?qū)Ｓ?的另外設(shè)備。
總之，盡管目前優(yōu)異的診斷試劑(例如，抗體和核酸探針)的 可利用性，其識(shí)別許多^t生物病原體的特定靶，但目前的策略具有
不合適的性能特點(diǎn)。有助于此的是以下事實(shí)這些試劑共軛于有機(jī) 染料、金標(biāo)記的顆?；蛎福淙鄙僮銐虻拿舾行砸栽趩蝹€(gè)分子水平 上加以沖企測(cè)。此外，目前的PDD平臺(tái)和4企測(cè)方案通常依賴于單一 宏觀比色變化并且不能很好地適用于多種病原體的同時(shí)檢測(cè)。
分子診斷學(xué)的最近進(jìn)展，包括與自動(dòng)樣品處理相結(jié)合的實(shí)時(shí) PCR，已解決了早期"內(nèi)部(固有)"和非標(biāo)準(zhǔn)化基因擴(kuò)增測(cè)定的許 多限制。這些測(cè)定代表在4企測(cè)、量化、以及表征許多孩i生物方面的 重要進(jìn)展并且目前代表用于許多病原體的傳染病診斷學(xué)的"金"或 參比標(biāo)準(zhǔn)。然而，這些測(cè)定仍然是復(fù)雜、昂貴的，并且需要專用設(shè) 備，這4吏它們?cè)谧o(hù)理站(護(hù)理點(diǎn)，point-of-care )的潛在應(yīng)用產(chǎn)生許 多障礙。
最后，目前的基因組或蛋白質(zhì)組4全測(cè)策略需要樣品處理以及對(duì) 一種策略或另一種策略的技術(shù)委托。目前并沒有能力來同時(shí)檢測(cè)某 些病原體的抗原靶和其它病原體的基因靶兩者。這限制了同時(shí)檢測(cè) 優(yōu)選的病原體特異性靶并呈現(xiàn)完全開發(fā)兩種策略的互補(bǔ)能力的阻礙。
需要這樣的系統(tǒng)，其能夠以比現(xiàn)有方法更及時(shí)的方式進(jìn)行病原 體檢測(cè)、鑒定和表征、以及宿主表征。優(yōu)選地，基于在使用裝置的 范圍內(nèi)護(hù)理內(nèi)科醫(yī)生或診所的特殊需要(即，用于篩選或診斷)， 這樣的系統(tǒng)將支持模塊病原體選擇平臺(tái)。另外，該系統(tǒng)還能夠在單 個(gè)樣品中同時(shí)檢測(cè)、鑒定以及表征多種病原體，從而通過存儲(chǔ)在預(yù) 先存在的數(shù)據(jù)庫(kù)中的光學(xué)病原體特異性分布來區(qū)分病原體。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的 一 個(gè)方面，提供了進(jìn)行下述 一 種或多種的方法
才企測(cè)、筌定和表;f正病原體以及利用病原體和宿主的標(biāo)i己來表4正病原
體宿主，包括以下步驟a)制備標(biāo)記-檢測(cè)介質(zhì)，其包含病原體以 及可選地宿主的同一性和特性的特征；b)從宿主收集樣品；c)使 樣品與標(biāo)記-檢測(cè)介質(zhì)結(jié)合，以及d)分析要檢測(cè)的特征，鑒定和表 4正病原體，以及可選;也，表;f正宿主。
優(yōu)選地，收集的樣品是血液樣品，雖然也可以^吏用血漿、血清、 腦脊液(CSF)、支氣管肺泡灌洗(BAL)、鼻咽(NP)拭子、NP抽吸物 (，及出物)、痰以及其它類型的樣品，并且標(biāo)記4企測(cè)系統(tǒng)是病原體-才全測(cè)介質(zhì)，其優(yōu)選包括共輒于生物識(shí)別分子(BRM)的樣O朱并且孩O朱 一皮注射有量子點(diǎn)(quantum dot)或類似的熒光顆粒或4匕合物。同樣 優(yōu)選地，每種微珠包含量子點(diǎn)的獨(dú)特結(jié)合以提供與每種微珠有關(guān)的 獨(dú)特的光學(xué)條形碼，用于^r測(cè)獨(dú)特的病原體特異性和/或宿主特異性 特征。
優(yōu)選地，分析步驟包括當(dāng)^f敖珠-病原體樣品流過孩t流體通道時(shí)用 激光照明纟鼓珠-病原體樣品并借助于分光光度計(jì)/CCD照相才幾、光電 倍增管和/或雪崩光探測(cè)器(APD)的集合收集所得到的光譜。每種光 -潛與先前指定的病原體有關(guān)。
可選;也，該方法可以包纟舌產(chǎn)生與所述宿主樣品有關(guān)的宿主表4正 標(biāo)記的清單作為分析步驟d)的一部分。
可選地，該方法可以包括另外的步驟e):基于在分析步驟d) 中產(chǎn)生的病原體清單提供治療選擇(方案，選項(xiàng))的清單。
可選地，該方法還可以包括步驟f):借助于GPS定位器，將 地理位置信息數(shù)據(jù)與在分析步驟d)中產(chǎn)生的病原體和宿主標(biāo)記清 單聯(lián)系起來。
優(yōu)選地，該方法進(jìn)一步包括另外的步驟g):優(yōu)選以無線方式將 病原體標(biāo)記的所述清單和宿主標(biāo)識(shí)符(host identifier)標(biāo)記的所述 清單以及所述地理位置數(shù)據(jù)發(fā)送到遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫(kù)以及從數(shù)據(jù)庫(kù)將治 療和教育信息發(fā)送到歸檔裝置(filed device )。應(yīng)當(dāng)明了，該方法的 步一驟并不一定以規(guī)定的次序進(jìn)行。
該方法進(jìn)一 步包括在由電動(dòng)力或流體動(dòng)力推動(dòng)的流過微流體 通道的流動(dòng)蒸汽中檢測(cè)病原體-共扼的微珠。當(dāng)帶有條形碼的珠在通 道的一端通過激光束時(shí)，由在珠內(nèi)(作為條形碼的一部分)、或在 珠外(作為珠-病原體復(fù)合物檢測(cè)機(jī)制的一部分，其可以包括如下所 述的熒光團(tuán))的量子點(diǎn)發(fā)射的光譜通過分光計(jì)/CCD照相機(jī)系統(tǒng)、 光電倍增管和/或APD的集合加以收集并通過適當(dāng)?shù)能浖右苑?析。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了部件系統(tǒng)，其能夠?qū)嵤┤魏?上述方法。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)包括與大多數(shù)目前使用的方法相比巨大地減少
為鑒定患者樣品中的病原體所需的時(shí)間量，以及具有為任何已鑒定
的病原體提供關(guān)于治療和隔離措施的快速現(xiàn)場(chǎng)信息的能力。另 一個(gè)
優(yōu)點(diǎn)是具有將患者和病原體數(shù)據(jù)收集在全球數(shù)據(jù)庫(kù)中并利用在此 數(shù)據(jù)庫(kù)中包含的信息來產(chǎn)生各種病原體和它們的宿主的趨勢(shì)和跟
蹤措施的能力，所述信息可以用于監(jiān)視、研究、治療設(shè)計(jì)、以及其 它目的。
通過以下本發(fā)明的詳細(xì)描述并參照附圖，本發(fā)明的其它和進(jìn)一 步的優(yōu)點(diǎn)以及特征對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說將是顯而易見的。


現(xiàn)在將僅通過實(shí)例并參照附圖更詳細(xì)地來描述本發(fā)明，其中相
同的數(shù)字是指相同的要素，其中
圖1是詳細(xì)描述了本文披露的本發(fā)明的方法中的 一 系列步驟的 流程圖2是病原體才企測(cè)裝置的方框圖；以及 圖3是與中心數(shù)據(jù)庫(kù)通訊的多個(gè)裝置的方框圖。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在參照?qǐng)D1，通過在流程圖中闡述的一系列步驟來描述本發(fā) 明的方法。
第一步驟12是從宿主(例如，人、動(dòng)物或環(huán)境樣品)收集樣 品，優(yōu)選血液樣品，雖然在適當(dāng)?shù)那闆r下可以使用血漿樣品、血清 樣品、CSF、 BAL、 NP抽吸物、NP4式子、痰以及其他類型的身體 樣品(physical sample )。然后分析樣品14并產(chǎn)生在樣品中已鑒定 的病原體的清單16。 GPS接收器確定樣品讀出器的位置，從而確定 樣品的位置22。已鑒定病原體的清單和位置信息均一皮發(fā)送到中心數(shù) 據(jù)庫(kù)供存儲(chǔ)和處理20。同時(shí)，基于已鑒定的病原體，在18處顯示 治療選擇(選項(xiàng))清單，供操作者考慮。
通過如圖2所示的病原體4全測(cè)裝置30進(jìn)行分析14。此裝置30 是便攜式的，優(yōu)選手持式的，并具有出口 32用于接收樣品和顯示
器36以顯示樣品中4企測(cè)到的病原體清單。還提供了llT入裝置38, 如4建盤，以可以滾動(dòng)和7見看顯示器和另外信息的1敘入(現(xiàn)場(chǎng)記錄 (field notes)等)?；诠鈏普與先前存^f諸的對(duì)應(yīng)于每種病原體的凄t椐 (由裝置支持的)的匹配來鑒定樣品中的病原體。光:^普數(shù)據(jù)庫(kù)可以 是裝置30中的內(nèi)部數(shù)據(jù)庫(kù)(保存在快閃存儲(chǔ)器或類似存儲(chǔ)器中以 便于更新)或通過與外部數(shù)據(jù)庫(kù)通訊加以檢索。GPS接收器35還 優(yōu)選位于裝置30中，連同顯示GPS坐標(biāo)的顯示器。理想地，以無 線方式進(jìn)4于所有通ifl以獲纟尋最大范圍和可移動(dòng)性。病原體4全測(cè)裝置 30理想地能夠;險(xiǎn)測(cè)多種病原體、來自相同病原體的多種BRM、以 及在單個(gè)樣品中的宿主標(biāo)記，并且優(yōu)選不同類型的標(biāo)記，如基于蛋
白質(zhì)的標(biāo)記和基于基因的標(biāo)記。
在適宜的可用的方法中，所-使用的4企測(cè)方法可以變4匕，然而， 優(yōu)選的方法是使用生物識(shí)別分子(BRM),其共軛于4參雜有孩么珠或納 米3朱/納米顆粒的量子點(diǎn)。替代方案包括共軛于BRM的單一量子點(diǎn) 或熒光團(tuán)。量子點(diǎn)，還稱作半導(dǎo)體納米晶體，是基于電磁活性納米 ^支術(shù)的顆沖立，大小范圍為2納米(nm)至8nm。量子點(diǎn)的特別有用的 性能是，它們是熒光的，即在激光短暫照明以后它們發(fā)射光。此外， 不同大小的量子點(diǎn)將發(fā)不同顏色的熒光并且通過顆粒形狀、大小和 組成可以改變焚光顏色。BRM是生物分子，其^f叉結(jié)合于單一其他 生物分子并且是病原體特異性的。例如，"抗體"是結(jié)合于蛋白質(zhì) 的BRM而"寡核苷酸4罙針"是結(jié)合于互補(bǔ)基因序列(例如，DNA 或RNA)的BRM。病原體和宿主具有獨(dú)特的和共有的基因和蛋白 質(zhì)標(biāo)記，并且每種標(biāo)記可以結(jié)合于特定的BRM。
微珠物理上共軛于BRM，其中微珠是直徑可以為IOO納米-IO 微米并且摻雜有量子點(diǎn)的集合的聚苯乙烯(或類似的聚合物)微珠。 通過將不同大小(即，顏色)和不同濃度的量子點(diǎn)的獨(dú)特組合引入 到樣t珠中，則可以產(chǎn)生具有量子點(diǎn)顏色和強(qiáng)度的數(shù)千種不同組合的 樣吏珠。當(dāng)激光照明孩O朱時(shí)，量子點(diǎn)發(fā)焚光以產(chǎn)生顏色的不同組合。 這些顏色組合是條形碼的一個(gè)實(shí)例，在這種情況下為光學(xué)條形碼，
類似于UPC符號(hào)、以及類似的已知類型的印記條形碼。因?yàn)槊糠N BRM識(shí)別不同的病原體或宿主標(biāo)i己并且每種孩O朱具有獨(dú)特的條形 碼，所以每種BRM-共扼孩O朱為由其BRM識(shí)別的特定病原體或宿 主標(biāo)記提供條形碼。這些BRM-共軛^f鼓珠以及BRM-共軛量子點(diǎn)可 以被凍干成粉末并^是供在樣品分析試劑盒中。
為了區(qū)分結(jié)合于和沒有結(jié)合于病原體的BRM-共輒珠，包括了 另外的證實(shí)性檢測(cè)信號(hào)，其形式為抗人IgG、和/或抗人IgM分子、 或病原體特異性抗體(即，抗X抗體)、或共軛于熒光團(tuán)的寡核苷 酸(互補(bǔ)于感興趣的病原體基因)。成功的病原體檢測(cè)試驗(yàn)的讀數(shù) 包括珠條形碼信號(hào)和由熒光團(tuán)產(chǎn)生的第二信號(hào)。
病原體檢測(cè)的 一個(gè)實(shí)例是抗原俘獲系統(tǒng)。該抗原俘獲系統(tǒng)包括 俘獲抗體(即，BRM),該俘獲抗體結(jié)合于帶有條形碼的微珠，其 負(fù)責(zé)從樣品俘獲抗原。識(shí)別病原體抗原/蛋白的第二抗體(檢測(cè)抗體) 然后結(jié)合于復(fù)合物。這種檢測(cè)抗體共軛于熒光團(tuán)。當(dāng)分析樣品時(shí)， 如果未4全測(cè)到4企測(cè)抗體的信號(hào)，則病原體并不顯示為4企測(cè)到，這是 由于它不存在于才羊品中或由于測(cè)定失敗。如果4企測(cè)到來自陽4生對(duì)照 樣品的正確信號(hào)，即，平行于所有臨床試驗(yàn)，檢測(cè)包含BRM-量子 點(diǎn)的微珠的適當(dāng)?shù)臈l形碼，則可以消除后 一種情況。
病原體檢測(cè)的另 一個(gè)實(shí)例是抗體俘獲系統(tǒng)。在該抗體俘獲系統(tǒng) 中，結(jié)合于帶有條形碼的微珠的BRM是病原體特異性抗原或蛋白 質(zhì)(天然的、重組的、或合成的)?？乖幕パa(bǔ)抗體(如果存在于 臨床樣品中)將結(jié)合附著于^^的抗原。通過加入輔助(檢測(cè))抗人抗 體(抗人IgM或抗人IgG )來識(shí)別該復(fù)合物。該一企測(cè)抗體共扼于焚 光團(tuán)。此外，當(dāng)分析樣品時(shí)，如果與來自珠條形碼的信號(hào)一道沒有 檢測(cè)到檢測(cè)抗體的信號(hào)，則病原體并不顯示為檢測(cè)到，這是由于它 200780005698.4
說明書第10/13頁(yè)
并不存在于樣品中，或由于測(cè)定失敗。如果，如上所述，正確顯示 來自陽性對(duì)照樣品的預(yù)期信號(hào)，則可以消除后一種情況。
病原體檢測(cè)的又一個(gè)實(shí)例是基因組分析系統(tǒng)。在該基因組分析
系統(tǒng)中，結(jié)合于帶有條形碼的微珠的BRM是病原體特異性寡核苷 酸(RNA或DNA)(長(zhǎng)度為1-25個(gè)石威基)。在加入樣品以后，該寡核 普酸將雜交于在病原體基因上的它的互補(bǔ)序列。隨后加入互補(bǔ)于感 興趣基因的下游部分的第二寡核苷酸序列并將雜交于該基因(如果 存在的話)。該第二序列共軛于熒光團(tuán)。此外，當(dāng)分析樣品時(shí)，如 果未4企測(cè)到第二序列的信號(hào)，則病原體并不顯示為4全測(cè)到，這是由 于它不存在于樣品中或由于測(cè)定失敗。如上文提及的正確檢測(cè)的陽 '性對(duì)照樣品可以消除后 一 種'清況。
卄尋生物(例如，血液)才羊品力口入到小弁瓦中，并4吏不同的病原體 標(biāo)記結(jié)合各種攜帶特定病原體BRM的孩i珠。然后洗滌或以其它方 式處理合并的才羊品以除去外來雜質(zhì)和未附著的微3朱。然后加入共輒 于熒光團(tuán)的檢測(cè)抗體以產(chǎn)生珠-樣品-檢測(cè)劑復(fù)合物(detector complex )。
借助于流體動(dòng)力或電動(dòng)驅(qū)動(dòng)的流動(dòng)使珠-樣品-輔助檢測(cè)劑復(fù)合 物流過微流體通道并通過位于通道一端的激光束。激光束照明復(fù)合 物中的量子點(diǎn)并且發(fā)射的波長(zhǎng)被導(dǎo)引至分光計(jì)/CCD系統(tǒng)、光電倍 增管和/或一系列的APD。信號(hào)解巻積^:件轉(zhuǎn)換該信號(hào)并且相應(yīng)的 光代碼與存儲(chǔ)在病原體或宿主特性的數(shù)據(jù)庫(kù)(由檢測(cè)裝置支持)中
的病原體特異性光i普進(jìn)4于比4交。然后，產(chǎn)生4企測(cè)到的病原體以及病 原體和宿主特性的清單。乂人獲得初始生物樣品到產(chǎn)生病原體清單的
反應(yīng)時(shí)間(響應(yīng)時(shí)間)可以用分4中力口以度量。
理想地，病原體檢測(cè)裝置30是手持式(便攜式)裝置，其具 有集成的激光器和分光光度計(jì)、光電倍增管和/或一系列APD單元、 專門設(shè)計(jì)的PDMS樣i流體通道芯片、用于鑒定各種病原體的BRM 共輒的帶有條形碼的J朱、以及適當(dāng)?shù)?朱-病原體復(fù)合物4全測(cè)標(biāo)記(量 子點(diǎn)、熒光團(tuán)、小珠標(biāo)記的IgG/IgM/抗病原體抗體或寡核苷酸)的 電源(supply )。裝置30可以存儲(chǔ)病原體同一性數(shù)據(jù)庫(kù)(機(jī)載， on-board)，或訪問遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫(kù)，優(yōu)選經(jīng)由因特網(wǎng)，優(yōu)選以無線方式， 并且根據(jù)遠(yuǎn)程中心數(shù)據(jù)庫(kù)鑒定病原體。如果使用才幾載數(shù)據(jù)庫(kù)，則提 供通訊系統(tǒng)34，用于接觸更大的中心數(shù)據(jù)庫(kù)和從其接收更新材料。
病原體檢測(cè)裝置30可以包括GPS跟蹤裝置，其優(yōu)選無線地將 具體的地理信息發(fā)送到相同的中心教:據(jù)庫(kù)。
在產(chǎn)生病原體清單以后，病原體4全測(cè)裝置30可以另外;也向診 斷醫(yī)生提供進(jìn)一步有價(jià)值的信息。理想地，提供治療選4奪(步驟18 )， 包括避免病原體傳播所必要的任何具體措施。可以提供其他信息， 如病理生理學(xué)、病史以及文獻(xiàn)參考，以4吏病原體一企測(cè)裝置30還可 以在適當(dāng)?shù)那闆r下用作教育工具。
在暴發(fā)情況下，在標(biāo)準(zhǔn)病原體檢測(cè)設(shè)備中，裝置的使用如下。 飛機(jī)場(chǎng)是主要病原體傳播載體的入口點(diǎn)，在此處存在與實(shí)施傳統(tǒng)檢 測(cè)和隔離方法有關(guān)的問題。通過為醫(yī)療人員裝備許多如本文描述的 病原體4企測(cè)裝置、以及孩U朱樣品小并瓦電源能夠檢測(cè)通常由旅行者傳 播的病原體，通過采集血液樣品并將它注射入樣品小瓶中，則可以 現(xiàn)場(chǎng)處理入境旅客。通過病原體檢測(cè)裝置在幾分鐘內(nèi)就可以進(jìn)行分 析并且被釆樣的旅客可以被快速放行或在必要的情況下使其改道 (改向)以進(jìn)^f于治療和^見察。雖然單個(gè)裝置的處理能力有限，但揭: 供許多相同裝置的能力則可以在數(shù)小時(shí)內(nèi)而不是在凄t天內(nèi)對(duì)旅客 進(jìn)行處理。更快的處理V吏得可以更早地采取適當(dāng)?shù)闹委熀透綦x措 施，并且更有效，乂人而降低未4全查的病原體傳播的可能性。
作為 一個(gè)實(shí)例，病原體檢測(cè)裝置可以包含BRM-共軛的帶有條 形碼的微珠，用于檢測(cè)三種不同的病原體，如HIV、乙型肝炎以及
如，HIV可以具有紅色J朱(例如，才企測(cè)作為HIV感染的指示劑的抗 體gp41),乙型肝炎可以具有黃色珠(例如，檢測(cè)作為乙型肝炎感 染的指示劑的抗體NSP4 )，以及丙型肝炎可以具有紅黃色珠(例如， 檢測(cè)作為丙型肝炎感染的指示劑的抗體抗NSP4 )，并且優(yōu)選均使用 有機(jī)^果針—病原體復(fù)合物沖企測(cè)標(biāo)記或光i普上不同于條形碼顏色的任 何有色纟笨針。因此，僅通過波長(zhǎng)(其鑒定顏色)或^朱光譜的強(qiáng)度， 檢測(cè)系統(tǒng)就可以容易地鑒定任何才全測(cè)的病原體。
根據(jù)此模型，系統(tǒng)可以容易地?cái)U(kuò)展到，例如，五種病原體，添 加，例如，用于癡疾和登革病毒的病原體檢測(cè)微珠。據(jù)此,擴(kuò)展到更 多種病原體(10種、20種、100種)則在4艮大程度上受限于產(chǎn)生足夠 數(shù)目的條形碼的能力，其主要基于微珠的摻雜以及檢測(cè)機(jī)制的限 度。當(dāng)凄t目增加時(shí)，條形碼可以基于強(qiáng)度水平、以及波長(zhǎng)。
如圖3所示，在跟蹤和控制病原體傳播的潛在更大的過程中， 檢測(cè)病原體并提供病原體的治療選擇僅是第一步。將裝置設(shè)計(jì)成模 塊并且能夠檢測(cè)具有類似臨床描述的病原體陣列(即，用于多種病 原體的BRM),作為篩選工具(例如，用于鑒定^"所選疾病4妻種疫 苗的個(gè)體)或使內(nèi)科醫(yī)生或診所可以在他們的特定社區(qū)選擇感興趣 的病原體，便于在床邊的空前的診斷靈活性。針對(duì)相同的病原體多 種BRM的結(jié)合可增強(qiáng)檢測(cè)準(zhǔn)確性并克服與使用單一 BRM進(jìn)行病 原體檢測(cè)有關(guān)的限度(即，突變和菌林差異，其可以導(dǎo)致假陰性或 假陽性結(jié)果)。由GPS單元4是供的試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)連同地理位置數(shù)據(jù) (但沒有關(guān)于患者的其他信息，例如，姓名、地址以及其他受到保 護(hù)的隱私凄M居)#:發(fā)送到中心彩:據(jù)庫(kù)40。伊C選無線i也并在產(chǎn)生病原 體清單后立即發(fā)送信息(步驟20)。在任何給定時(shí)間，中心凄t據(jù)庫(kù) 40與基本上i午多病原體4全測(cè)裝置30 4妄觸。
中心凄t據(jù)庫(kù)40可以是局部的、全國(guó)的或全J求的，或這些類型 的不同數(shù)據(jù)庫(kù)的組合。理想地，提供一個(gè)頂級(jí)水平的中心數(shù)據(jù)庫(kù)40, 其不斷地從世界范圍內(nèi)的所有裝置30接收信息。隨著時(shí)間的推移， 數(shù)據(jù)庫(kù)變成關(guān)于每種病原體的信息儲(chǔ)存庫(kù)(由檢測(cè)平臺(tái)支持)，從 而尤其有助于尋找病原體4全測(cè)的頻率和全球模式、長(zhǎng)期病原體趨勢(shì) (即，新范圍的移殖)、以及病原體與宿主標(biāo)記之間的相關(guān)性的資 料，其可以表明對(duì)疾病增強(qiáng)的每丈感性或抗性。
權(quán)利要求
1. 一種進(jìn)行下述一種或多種的方法:檢測(cè)病原體，鑒定病原體，表征病原體或表征病原體宿主，所述方法包括以下步驟:制備病原體-檢測(cè)介質(zhì)，用于檢測(cè)病原體和宿主標(biāo)記；從宿主收集樣品；使所述樣品與所述包含病原體特異性檢測(cè)劑的病原體-檢測(cè)介質(zhì)結(jié)合；以及分析所述結(jié)合的樣品以產(chǎn)生在所述宿主內(nèi)的病原體清單，以及病原體和宿主特性的清單。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括收集所述病原體和所 述宿主中的 一種或多種的位置信息。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述位置信息是借助于 GPS激活裝置而收集的。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，在所述收集步驟中收集的 所述樣品是下述之一血液樣品、血漿樣品、CSF、血清樣品、 BAL、 NP沖式子、NP一由吸物、或痰。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述病原體-檢測(cè)介質(zhì)包括共軛于病原體特異性生物識(shí)別分子(BRM)的微 珠并且所述孩i珠包含下述之一量子點(diǎn)、焚光染料、或它們的 組合。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，基于所述量子點(diǎn)的顏色和 強(qiáng)度，每種所述微珠包含獨(dú)特的量子點(diǎn)組合，以提供與所述每 種微^朱-病原體檢測(cè)組合有關(guān)的獨(dú)特的光學(xué)條形碼。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中，共軛于每種帶有條形碼微 珠的適當(dāng)病原體的所述微珠進(jìn)一步共軛于檢測(cè)分子并且由來 自所述檢測(cè)分子的第二信號(hào)檢測(cè)所得到的組合復(fù)合物，以產(chǎn)生 病原體4企測(cè)光學(xué)特4正。
8. 4艮據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中，在所述沖企測(cè)分子中的所述 第二信號(hào)是由熒光團(tuán)產(chǎn)生的。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7-8中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述檢測(cè)分子 共輒于下述之一抗人IgG分子、抗人IgM分子、抗病原體 氺企測(cè)抗體、或寡核芬酸序列。
10. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述分析步驟 包括用激光照明所述珠-病原體-檢測(cè)信號(hào)復(fù)合物，測(cè)量所得到 的光譜以及沖艮據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)鑒定所述病原體。
11. 才艮據(jù)4又利要求10所述的方法，其中，所述測(cè)量步驟是通過組 合的分光光度計(jì)/CCD照相機(jī)、光電倍增管、雪崩光探測(cè)器的 集合、或它們的組合來進(jìn)行的。
12. 根據(jù)權(quán)利要求9-11中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述分析步 驟包括在流動(dòng)力的作用下使所述樣品復(fù)合物流過微流體通道、 通過激光束并俘獲所得到的光譜。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，所述微流體通道包括經(jīng) 等離子體處理并結(jié)合于載玻片的PDMS鑄塑通道。
14. 根據(jù)權(quán)利要求12或權(quán)利要求13所述的方法，其中，所述流動(dòng) 力是電動(dòng)力或流體動(dòng)力。
15. 根據(jù)權(quán)利要求9-14中任一項(xiàng)所述的方法，其中，借助于所得 到的樣品光譜與來自數(shù)據(jù)庫(kù)的病原體-特異性光譜的集合的匹 配來實(shí)現(xiàn)所述病原體的所述鑒定。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中，所述凄t據(jù)庫(kù)才幾載定位在 所述GPS激活裝置中。
17. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中，所述數(shù)據(jù)庫(kù)是遠(yuǎn)程的并 可無線訪問。
18. 4艮據(jù)前述岸又利要求中任一項(xiàng)所述的方法，進(jìn)一步包4舌產(chǎn)生與來 自所述宿主的品有關(guān)的宿主特;f正標(biāo)記的清單，作為所述分一斤 步驟的一部分。
19. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，進(jìn)一步包括另外的步 驟基于在所述分析步驟中產(chǎn)生的病原體清單，提供治療選擇 清單。
20. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，進(jìn)一步包括另外的步 驟將病原體和病原體特性的所述清單以及宿主特性的所述清 單發(fā)送到遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫(kù)。
21. 才艮據(jù)前述斗又利要求中4壬一項(xiàng)所述的方法，其中，所述病原體-才念測(cè)介質(zhì)包括用于至少三種特異性的、預(yù)定病原體的4全測(cè)劑。
22. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述病原體-沖全測(cè)介質(zhì)包括用于HIV、乙型肝炎以及丙型肝炎的^r測(cè)劑。
23. 才艮據(jù)前述4又利要求中4壬一項(xiàng)所述的方法，其中，所述病原體-檢測(cè)介質(zhì)包括用于HIV、乙型肝炎、丙型肝炎、疸疾以及登革 病毒的纟全測(cè)劑。
24. —種用于下述一種或多種的系統(tǒng)才全測(cè)病原體，鑒定病原體， 表征病原體或表征病原體宿主，所述系統(tǒng)包括a) 樣品介質(zhì)，包含要與宿主樣品結(jié)合的病原體特異性生 物識(shí)別分子(BRM);以及b) 病原體4全測(cè)裝置，用于分析所述樣品介質(zhì)并產(chǎn)生在所 述樣品介質(zhì)中檢測(cè)到的病原體以及病原體和宿主特性的清單。
25. 根據(jù)權(quán)利要求24所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括包含不同病原體信 息的數(shù)據(jù)庫(kù)以及與所述病原體檢測(cè)裝置的連接以能夠與所述 數(shù)據(jù)庫(kù)通訊。
26. 根據(jù)權(quán)利要求24-25中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中，與所述數(shù)據(jù) 庫(kù)的所述連4妄是由無線通訊網(wǎng)絡(luò)^是供的。
27. 根據(jù)權(quán)利要求24-26中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中，所述樣品介 質(zhì)包括共軛于病原體特異性生物識(shí)別分子(BRM)的微珠并且 所述微珠包含量子點(diǎn)而所述宿主樣品是下述之一血液樣品、 血漿樣品、CSF、血清樣品、BAL、 NP拭子、NP抽吸物、或痰才羊品。
28. 根據(jù)權(quán)利要求27所述的系統(tǒng)，其中，每種所述微珠包含量子
29. 根據(jù)權(quán)利要求27所述的系統(tǒng)，其中，共軛于每種帶有條形碼 樣O朱的適當(dāng)病原體的所述樣O朱進(jìn) 一 步共扼于產(chǎn)生第二信號(hào)的 復(fù)合物以產(chǎn)生病原體-4全測(cè)光學(xué)特4正。
30. 根據(jù)權(quán)利要求29所述的系統(tǒng)，其中，所述產(chǎn)生第二信號(hào)的復(fù) 合物是熒光團(tuán)。
31. 根據(jù)權(quán)利要求30所述的系統(tǒng)，其中，所述熒光團(tuán)共軛于下述 之一抗人IgG分子、或抗人IgM分子、或抗病原體檢測(cè)抗 體、或寡核普酸序列。
32. 根據(jù)權(quán)利要求24-31中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中，所述病原體 檢測(cè)裝置包括用于照明所述樣品的激光器以及下述之一分光 計(jì)/CCD照相機(jī)組合、光電倍增管、雪崩光探測(cè)器(APD)的集 合或它們的組合，用于檢測(cè)所得到的光譜。
33. 根據(jù)權(quán)利要求24-32中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中，所述病原體 檢測(cè)裝置進(jìn)一步包括基于所產(chǎn)生的病原體清單的治療選擇清單。
34. 根據(jù)權(quán)利要求24-33中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中，所述病原體 才企測(cè)裝置進(jìn)一步包括用來產(chǎn)生與所述宿主樣品有關(guān)的宿主表 4正標(biāo)i己清單的裝置。
35. 根據(jù)權(quán)利要求25-34中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中，宿主特性的 所述清單以及病原體和病原體特性的所述清單被發(fā)送到所述 數(shù)據(jù)庫(kù)。
36. 根據(jù)權(quán)利要求35所述的系統(tǒng)，其中，在產(chǎn)生所述清單以后， 自動(dòng)發(fā)送到所述數(shù)據(jù)庫(kù)。
37. 根據(jù)權(quán)利要求24-36中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中，所述分析步 驟包括用激光照明所述J朱-病原體4企測(cè)信號(hào)復(fù)合物以及測(cè)量 所得到的光譜并根據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)鑒定所述病原體。
38. 根據(jù)權(quán)利要求37所述的系統(tǒng)，其中，所述樣品的分析涉及通 過流動(dòng)力驅(qū)使所述樣品通過微流體通道并通過激光束，以及俘 獲所得到的光譜。
39. 根據(jù)權(quán)利要求38所述的系統(tǒng)，其中，所述微流體通道包括經(jīng) 等離子體處理并結(jié)合于載玻片的PDMS《壽塑通道。
40. 根據(jù)權(quán)利要求38-39中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中，所述流動(dòng)力 是電動(dòng)力或流體動(dòng)力。
41. 根據(jù)權(quán)利要求37-40中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中，所述所得到 的光"^普經(jīng)由濾光片^C引向下述之一分光計(jì)、 一系列雪崩光神罙 測(cè)器(APD)、光電^f咅增管、或它們的組合。
42. 根據(jù)權(quán)利要求37-41中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中，所述病原體 的所述鑒定是通過使所述所得到的樣品光譜匹配于來自所述 數(shù)據(jù)庫(kù)的病原體特異性光"i普集合來實(shí)現(xiàn)的。
43. 根據(jù)權(quán)利要求25-42中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中，所述數(shù)據(jù)庫(kù) 是機(jī)載在所述裝置上。
44. 根據(jù)權(quán)利要求25-42中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中，所述數(shù)據(jù)庫(kù) 一皮遠(yuǎn)禾呈定4立并可以無線i方問。
45. 根據(jù)權(quán)利要求24-44中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，所述裝置進(jìn)一步包 括GPS定位裝置以提供與所述樣品有關(guān)的位置^:據(jù)。
46. 4艮據(jù)斗又利要求27-45中4壬一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中，所述BRM-共輒的微珠和BRM-共扼的焚光團(tuán)是以凍干粉末提供的。
47. 根據(jù)權(quán)利要求24-46中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中，所述BRM 是下述的一種或多種天然、重組或合成病原體以及宿主特異 性抗體或抗原或與感興趣的病原體或宿主基因互補(bǔ)的寡核苷酸。
48. 根據(jù)權(quán)利要求24-47中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中，病原體特異 性生物識(shí)別分子包^^舌用于至少三種特異性的、預(yù)定病原體的 B固。
49. 根據(jù)權(quán)利要求24-48中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中，所述病原體 特異性生物識(shí)別分子包括用于HIV、乙型肝炎以及丙型肝炎的 B腹。
50. 根據(jù)權(quán)利要求24-49中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中，所述病原體 特異性生物識(shí)別分子包括用于HIV、乙型肝炎、丙型肝炎、瘧 疾以及登革病毒的BRM。
全文摘要
本發(fā)明提供了用于在患者樣品中同時(shí)檢測(cè)和鑒定多種病原體的方法和系統(tǒng)。樣品結(jié)合于微珠，其已注射有量子點(diǎn)或熒光染料并共軛于病原體特異性生物識(shí)別分子，如抗體和寡核苷酸。治療選擇可以基于在樣品中檢測(cè)到的病原體的同一性來確定。
文檔編號(hào)G01N33/53GK101384725SQ200780005698
公開日2009年3月11日 申請(qǐng)日期2007年2月13日 優(yōu)先權(quán)日2006年2月15日
發(fā)明者凱文·查爾斯·卡因, 沃倫·謝·沃·尚, 邁克爾·莫爾丹森·格林伯格 申請(qǐng)人:非奧公司