用电子舌快速诊断尿路感染

niwanmao

虽然不是用流式方法，但在该研究中，流式检测细菌含量起到了验证作用。

尿路感染发病率极高，通常通过耗时的微生物学技术进行诊断。开发快速的POCT诊断方法可大大改善尿毒症的治疗。

电子舌是一种模拟人类味觉感知的传感器系统，它通过检测和分析液体中的化学物质来识别和分类不同的味道和气味。电子舌通常由一个包含多个传感器的阵列组成，这些传感器对不同的化学物质具有不同的选择性。电子舌可以通过电化学、电容、电阻或磁共振等技术进行检测和分析。在液体样品中，电子舌可以识别和区分各种复杂的多组分流体，如果汁、牛奶、饮料、食物和香料等。

瑞典马尔默大学健康与社会学院生物医学和生物膜研究中心的Carolin Psotta等人利用电子舌（e-tongue），通过分析细菌代谢活动引起的人工尿液培养基（AUM）成分变化，检测和区分常见的尿路感染（UTI）相关细菌。

科普：人工尿液培养基(AUM)是一种模拟人体尿液环境的培养基，用于检测和分析细菌生长。AUM中包含尿液中的一些重要成分，如尿素、氨、肽酶等，这些成分可以作为细菌生长的来源。文中的AUM配方如下：

文中的电子舌包含三种电极材料--铂、钯和金。研究了三种常见的尿路感染细菌--大肠埃希菌、肺炎克雷伯菌和粪肠球菌。细菌在 AUM 中生长 5 小时的初步特征是，氧化峰值的降低，原因就在于细菌消耗了 AUM 的成分。

电子舌的主成分分析（PCA）结果表明，受感染的样本可与 AUM 区分开来，而肺炎双球菌可与其他物种区分开来。见下图，黑色点是单纯AUM，黄色点是肺炎双球菌感染的AUM，绿色点是粪肠球菌感染的AUM，橙色是大肠杆菌感染的AUM。



为了将电子舌反应与细菌生长联系起来，使用流式细胞仪SYBR Green染色每小时对细菌浓度进行量化。在引入细菌后的 1 小时内，即在临床相关浓度 10E5 CFU/mL 左右，电子舌反应发生了显著变化。PCA分析结果表明，随时间变化的模式也能区分生长阶段。

补充1H NMR 分析表明，革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌之间存在代谢差异。粪肠球菌以柠檬酸为首选底物，产生乙酸和乙醇等代谢物，而革兰氏阴性菌则利用乳酸。这表明对于 AUM 成分的利用具有物种特异性。

总之，这项概念验证研究表明，电子舌通过检测细菌新陈代谢产生的 AUM 成分变化，具有快速诊断 UTI 的潜力。简单的贵金属电极阵列成功区分了所有测试物种的感染和非感染样本，并区分了细菌类型。虽然更复杂的电极或测量参数可以改进物种分类，但这种简单的方法为尿毒症POCT生物传感分析提供了一个前景广阔的平台。未来的工作应扩展到其他物种和真实尿液样本。  

参考文献：Psotta C, Nilsson EJ, Sjöberg T, Falk M. Bacteria-Infected Artificial Urine Characterization Based on a Combined Approach Using an Electronic Tongue Complemented with 1H-NMR and Flow Cytometry. Biosensors (Basel). 2023;13(10):916. Published 2023 Oct 5. doi:10.3390/bios13100916