日本東北大學(xué)與島津制作所成功開發(fā)新冠病毒檢測法—呼氣組學(xué)解析系統(tǒng)
發(fā)布時間:2020-10-26 閱讀次數(shù)：1461次
最新開發(fā)新冠病毒呼氣檢測法-基于呼氣組學(xué)發(fā)展的未來醫(yī)療
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研究要點
日本東北大學(xué)和島津制作所成功開發(fā)了利用自然呼出氣為樣本的新冠病毒檢測法“呼氣組學(xué)”注1。
“呼氣組學(xué)”是分析呼出氣體中的病毒、源于生物體的蛋白質(zhì)、代謝產(chǎn)物的最先進(jìn)技術(shù)。
將來，此種技術(shù)不僅能應(yīng)用于新冠，還能應(yīng)用于個性化醫(yī)療、遠(yuǎn)程、居家健康檢查、各種疾病的診斷、治療、未病先防等，揭開呼氣醫(yī)療的新篇章。
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研究概要
目前亟需有助于新冠病毒快速且高靈敏、高準(zhǔn)確度的診斷，發(fā)病期及癥狀的評估，重癥化風(fēng)險的判斷，預(yù)后及并發(fā)癥的預(yù)測與診斷的檢測方法。
東北大學(xué)研究生院醫(yī)學(xué)系研究科、老齡研究所基于和島津的共同研究，投入開發(fā)了“針對新冠病毒防治對策的呼氣組學(xué)解析系統(tǒng)”（圖1）。該研究研發(fā)出了基于利用自然呼出氣體（呼氣）的非侵入式呼氣組學(xué)解析法的檢查系統(tǒng)，代替?zhèn)鹘y(tǒng)鼻、口（咽）取樣的檢查方法。
圖1． 基于呼氣組學(xué)的新冠傳染防治項目
本解析法的優(yōu)點除了采樣簡便，還有多樣化的解析結(jié)果。此外，本方法除了對各種傳染病有效，也能應(yīng)用于心血管和肺部疾病、生活方式病、糖尿病等代謝性疾病、癌癥等健康管理、未病先防等方面。呼氣醫(yī)療未來還將在遠(yuǎn)程醫(yī)療等領(lǐng)域一展身手，我們以建立基于呼氣醫(yī)療的未來醫(yī)療為目標(biāo)（圖2）。
圖2．基于呼氣醫(yī)療的個性化未來醫(yī)療
本研究獲得了日本文部科學(xué)省針對新冠傳染防治對策項目以及內(nèi)閣官房新冠防治AI模擬試驗項目的支持。
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研究內(nèi)容
新冠疫情的惡化大大限制了社會經(jīng)濟(jì)活動，改變了人們的生活方式。為了維持社會經(jīng)濟(jì)活動、醫(yī)療能力并阻止感染擴(kuò)大，針對新冠病毒快速且高靈敏、高準(zhǔn)確度的診斷，發(fā)病期及癥狀的評估，重癥化風(fēng)險的判斷，預(yù)后及并發(fā)癥的預(yù)測與診斷是目前的緊要課題。
此次，日本東北大學(xué)研究生院醫(yī)學(xué)系研究科、老齡研究所基于和島津制作所的共同研究，在令和二年文部科學(xué)省一次補(bǔ)正預(yù)算（強(qiáng)化國立大學(xué)研究基礎(chǔ)）新冠傳染防治項目下研究出“針對新冠病毒防治對策的呼氣組學(xué)解析系統(tǒng)”，并于2020年5月在日本東北大學(xué)醫(yī)學(xué)部設(shè)立了“呼氣組學(xué)研究中心”，開展新冠病毒診斷法的研究。
呼氣組學(xué)是利用質(zhì)譜儀注2檢測氣溶膠注3作為主要的精密檢測方法，以“對受試者的非侵入性”、“所得信息的豐富性”見長（圖1）。若使用日本東北大學(xué)開發(fā)的高性能氣溶膠收集裝置，受試者自己在安靜狀態(tài)下呼吸5分鐘，即可得到1毫升左右的呼出氣冷凝液注4。若居家即可收集呼氣樣本，就可以建立有助于在早期發(fā)現(xiàn)作為感染擴(kuò)大主要原因的無癥狀感染者和輕癥患者，以及有助于在早期預(yù)測及預(yù)防新冠發(fā)病和重癥化的檢查體系。
呼氣組學(xué)不僅能檢測是否感染新冠病毒，還能獲得發(fā)病時間及癥狀的評估，重癥化風(fēng)險的判斷，預(yù)后及并發(fā)癥預(yù)測相關(guān)的信息。呼氣組學(xué)也能應(yīng)對新冠病毒以外的其他病毒，由于可同時測定多種病毒，所以對新冠疫情結(jié)束后的其他傳染病防治也有作用。
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今后發(fā)展
日本東北大學(xué)和島津制作所將把呼氣組學(xué)的應(yīng)用范圍拓展到傳染病以外的疾病診斷、健康檢查等醫(yī)療保健領(lǐng)域，以此發(fā)展未來的呼氣醫(yī)療。此外，通過構(gòu)建包括呼吸、環(huán)境和基因組（基因）等各種組學(xué)分析信息的數(shù)據(jù)庫，呼氣醫(yī)療不僅能診斷心血管、肺部疾病、生活方式病和糖尿病等代謝性疾病、癌癥等，還能有助于居家健康管理和健康檢查，通過遠(yuǎn)程醫(yī)療來推進(jìn)開發(fā)有助于于未病先防和延年益壽的個性化醫(yī)療（圖2）。
島津制作所為了將與日本東北大學(xué)合作研發(fā)的檢查系統(tǒng)推向社會實際應(yīng)用，將致力于“研發(fā)可自動進(jìn)行從預(yù)處理到質(zhì)量分析、數(shù)據(jù)分析工程的完整系統(tǒng)”，“橫向部署針對全國各地主要醫(yī)院和檢查機(jī)構(gòu)的檢查系統(tǒng)，并建設(shè)傳染病防控網(wǎng)絡(luò)”。
注1. 組學(xué)：從整體角度分析代謝物、蛋白質(zhì)等生物分子的技術(shù)。樣本形態(tài)無特別限制，例如鼻、咽拭子，唾液，血液，尿液、糞便等。環(huán)境組學(xué)可以分析灰塵和污垢（污水）。在呼氣組學(xué)中，會收集呼出的氣體，氣溶膠注3中的病毒蛋白和基因組，源自受試者的炎癥介質(zhì)和能量代謝物，并實現(xiàn)全自動化的高速、超靈敏的組學(xué)分析。
注2. 質(zhì)譜儀：一種通過將樣品轉(zhuǎn)換成離子并按尺寸（質(zhì)量）篩分來鑒定和定量分析樣品中所含成分的設(shè)備。通過進(jìn)行適當(dāng)?shù)念A(yù)處理，可以分析如蛋白質(zhì)等各種生物分子，且可以一次分析多種成分。隨著近年來的高速化和高靈敏度化，其應(yīng)用范圍也在擴(kuò)大。
注3. 氣溶膠：漂浮的微米級液體或固體微粒。
注4. 呼出氣冷凝液：通過對呼出氣體進(jìn)行冷凝收集的液體樣品。包含病毒蛋白， RNA基因組和生物代謝產(chǎn)物。
