34美元將手機變成生醫實驗室

作者:Dr. Wesley   |   2015 / 03 / 05

文章來源:股感知識庫   |   圖片來源:Joseph Wang


任選一部智慧型手機,加上成本34美元的周邊配件,就能完成與價值1萬8千多美元設備一樣準確的愛滋病與梅毒血液檢查[1]!2015/02/04科學轉譯醫學(Science Translational Medicine)雜誌網路版,刊登了美國哥倫比亞大學的生醫工程研究團隊的最新論文[2];他們設計出成本低廉的周邊配件,利用標準3.5mm耳機插孔與iOS或Android手機連結,來判讀在他們所研發的微流體晶片(Microfluidic chip)上可同時完成的三項檢驗:愛滋病毒抗體測試、以及梅毒螺旋體的非特定性與特定性抗體檢驗。

在非洲盧安達實地進行的96人臨床試驗,以目前醫院檢驗室使用的酵素免疫測定法(Enzyme-linked immunosorbent assay, ELISA)為比較基準,結果顯示便宜的手持檢驗裝置,敏感性達到92〜100%,專一性也有79〜100%,已經符合實際使用需要的水準。

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愛滋病與梅毒都是性傳染病,而且兩者之間有相當高的關聯性。全球所有的愛滋病患者,70%集中於撒哈拉沙漠以南的非洲地區;在這個地區,每年有37萬的新生兒帶著愛滋病毒誕生,如果得不到及時的治療,超過半數以上的愛滋寶寶會在兩歲前死亡[3]!預防之道是對當地所有懷孕婦女進行例行性的愛滋病篩檢,並對愛滋媽媽加以治療;如此可將媽媽把愛滋病毒垂直傳染給寶寶的機率,從35%降低至5%以下[3]

全球感染梅毒的患者當中約有1百萬人是孕婦,大多數亦集中於撒哈拉沙漠以南地區。除了第三期梅毒之外,未治療的第一期與第二期梅毒孕婦,將梅毒垂直傳染給胎兒的機率高達60〜80%,尤其是在懷孕的後半階段[4];感染先天性(胎傳性)梅毒的胎兒預後甚差:25.6%是死產或流產、12.3%死於出生後一個月內、另外15.5%有先天性疾病或缺陷[5]。但是如果能在懷孕期間診斷出梅毒並施以治療,99%的孕婦與胎兒都能成功治癒[4]!在醫療資源極度缺乏的貧困或偏遠地區,愛滋病與梅毒是母嬰健康的重要課題;正因為預防篩檢與及早治療的效果極佳,消除先天性(胎傳性)愛滋病與梅毒也是全球公衛專家努力的首要目標之一。

愛滋病篩檢所檢驗的是血液中的愛滋病病毒抗體;而梅毒檢驗一般分為兩步驟:先以敏感性高且較便宜的非螺旋體檢驗法(Nontreponemal test,例如VDRL、RPR)篩檢非特定性抗體,再以專一性較高的螺旋體檢驗法(Treponemal test,例如FTA-ABS、TPHA、TPPA)檢測梅毒特定性抗原或抗體來確定診斷;後者專一性較高,但無法區分梅毒是活動性或陳舊性感染,故需以非特定性抗體檢驗作為第一線篩檢,以及治療期間的追蹤檢查。這組哥倫比亞大學的團隊是由副教授Samuel K. Sia所領導;在一次訪談中[6],Sia副教授提到他從2002年就開始研究,如何在微流體晶片(Microfluidic chip)上忠實重現酵素免疫測定法(ELISA)的檢驗過程。

Sia團隊在2011年首度發表了可同時檢驗愛滋病與梅毒微流體晶片mChip (mobile microfluidic chip for immunoassay on protein markers)以及自行組裝的判讀機器[7];2013年再次發表一部能全自動進行mChip檢驗與判讀的手持裝置,以一顆9v乾電池為動力,並配備GSM/GPRS通訊技術,可將檢驗結果傳輸至電子信箱或行動電話[8]。此次2015年的報告有兩項創新:一是以按壓橡膠球產生的吸力啟動檢驗,完全不需電力;二是以標準3.5mm耳機插頭連結智慧型手機,各種作業系統都適用。舉例來說,一部第四代的iPod Touch可進行41次的檢驗,相信若使用最新型的iPhone 6或其他手機應該可以做更多例[9]

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對居住在缺乏醫療資源的貧困或偏遠地區的孕婦而言,如果有機會接受愛滋病與梅毒產前篩檢,主要還是依靠驗孕棒之類的快速DIY檢驗。這類快速DIY檢驗的優點是快速、便宜、容易運送儲存、操作簡單、接受度高;缺點則是敏感性較低且差異幅度大,因為檢驗的準確性與操作的熟練程度直接相關,操作不正確能導致錯誤的檢驗結果。

微流體晶片mChip檢驗有相同的快速、便宜、接受度高等優點;受檢者能在同一次門診就得知結果,而且檢驗的敏感性更高;更因不需人為判讀,檢驗的準確性不會因人而異。與標準實驗室使用的酵素免疫測定法(ELISA)比較,酵素免疫測定法不僅設備較昂貴,也需要專業技術人員來操作;每一項檢驗的耗材成本約需2.5〜8.5美元,時間約需2小時,還需要由醫療人員抽血送檢。

相較之下,這種手持裝置只要30分鐘的訓練就能學會操作,每次檢驗的耗材成本只有1.44美元[1],檢驗時間更只要15分鐘,而且只需要在指尖扎針擠出一滴血(1 µl)就足夠檢驗!做為第一線篩檢愛滋病與梅毒使用,新的手持檢驗裝置在各方面可以說是完勝!mChip是全球第一個能同時檢驗愛滋病毒抗體、以及非特定性與特定性梅毒抗體的微流體晶片,雖然目前還無法進行定量檢查(Quantitative test) ,故無法在接受治療後使用於確認/追蹤治療效果;但根據Sia副教授表示[6],定量檢查或檢驗其他項目的技術已經具備,相信不久這個掌心上的實驗室,將可在特定地區大幅取代傳統的酵素免疫測定法(ELISA)檢查。


References:
[1]. Judy Stone. (Feb. 4, 2015). A Dongle for Detecting HIV and Syphilis. Forbes. Retrieved from http://www.forbes.com/sites/judystone/2015/02/04/a-dongle-for-detecting-hiv-and-syphilis/
[2]. Laksanasopin T, Guo TW, Nayak S, et al. (Feb. 4, 2015). A smartphone dongle for diagnosis of infectious diseases at the point of care. Sci Transl Med., 7(273), 273 re1. doi: 10.1126/scitranslmed.aaa0056.
[3]. Mother-to-Child Transmission of HIV and Syphilis Globally. (Nov. 8, 2011). Retrieved from http://www.cdc.gov/winnablebattles/Mother-to-ChildTransmission/
[4]. Caserta MT. (May, 2013). Congenital Syphilis. Retrieved from http://www.merckmanuals.com/professional/pediatrics/infections_in_neonates/congenital_syphilis.html?qt=congenital%20syphilis&alt=sh
[5]. Gomez GB, Kamb ML, Newman LM, et al. (Mar. 1, 2013). Untreated maternal syphilis and adverse outcomes of pregnancy: a systematic review and meta-analysis. Bull World Health Organ., 91(3), 217-26. doi: 10.2471/BLT.12.107623. Epub 2013 Jan 17.
[6]. Stomp W. (Aug. 10, 2011). Five Questions for mChip Researcher Samuel K. Sia. Retrieved from http://www.medgadget.com/2011/08/five-questions-for-mchip-researcher-samuel-k-sia.html
[7]. Chin CD, Laksanasopin T, Cheung YK, et al. (2011). Microfluidics-based diagnostics of infectious diseases in the developing world. Nat Med., 31, 17(8), 1015-9.
[8]. Chin CD, Cheung YK, Laksanasopin T, et al. (2013). Mobile device for disease diagnosis and data tracking in resource-limited settings. Clin Chem., 59(4), 629-40.
[9]. Lewis R. (Feb. 5, 2015). $34 Smartphone Accessory Detects HIV, Syphilis Antibodies. Retrieved from http://www.medscape.com/viewarticle/839352?nlid=76038_1842&src=wnl_edit_medp_wir&spon=17
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dr.wesley曾任臨床醫師,現專職翻譯與寫作。此處文章乃是整理醫藥生技產業新聞與新知,非關醫療建議;請勿引據文章內容做為醫療決定。如有任何謬誤或建議,懇請不吝指教。
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