Система диагностирует инфекции за 20 минут, помогая бороться с устойчивостью к антибиотикам

Новая методика, сокращающая время диагностики микробных инфекций с дней до минут, может спасать жизни и открыть новый фронт в борьбе с антибиотикорезистентностью.

Система AutoEnricher, разработанная инженерами и клиницистами из Великобритании и Китая, объединяет микрофлюидные технологии, сложный анализ и машинное обучение для диагностики патогенов всего за 20 минут. Исследование опубликовано в Nature Communications.

Как работает AutoEnricher и её значение

Система была проверена на сотнях реальных образцов пациентов, показав точность диагностики 95%, даже при очень низкой концентрации патогенов. Она также способна выявлять множественные одновременные инфекции.

В будущем система может стать ценным инструментом против устойчивости к противомикробным препаратам (AMR), которая стала причиной 5 миллионов смертей в 2019 году и, по прогнозам, будет уносить 10 миллионов жизней в год к 2050 году.

«Одним из основных факторов устойчивости к антибиотикам является неправильное или чрезмерное использование лекарств. Сейчас культивирование микробов из образцов пациентов в лаборатории для постановки диагноза может занимать дни или даже недели», — говорит первый автор статьи, доктор Цзябао Сюй.

«AutoEnricher продвигает персонализированную медицину, сокращая сроки диагностики и улучшая принятие решений о назначении антимикробных препаратов», — добавляет профессор Джон Купер.

Технические детали и валидация системы

Диагностика проводится в два этапа:

1. Микрофлюидное устройство удаляет человеческие клетки из образцов крови, мочи или спинномозговой жидкости, оставляя только клетки патогенов.
2. Рамановская спектроскопия определяет уникальный химический «отпечаток пальца» клеток патогена. Затем этот отпечаток анализирует инструмент машинного обучения.

Инструмент машинного обучения был обучен на базе данных из 342 клинических изолятов 36 видов бактерий и грибов и может поставить диагноз, проанализировав всего 10 клеток патогена менее чем за 20 минут.

Эффективность AutoEnricher проверили на образцах от 305 пациентов, предоставленных тремя больницами в Китае. Результаты системы совпали с результатами традиционного лабораторного культурального метода в 95% случаев и выявили смешанные инфекции, пропущенные культуральными тестами.

«Мы показали, что этот подход к диагностике на уровне одной клетки может быстро давать удивительно точные результаты», — отмечает соавтор исследования профессор Вэй Хуанг.

Следующим шагом станет применение AutoEnricher к гораздо большей когорте пациентов в рамках полноценного клинического исследования.