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质谱技术,检验人的另一双“眼睛”!

日期:2018-09-28 21:08:30 来源:中华检验医学网 作者:李观华 点击:

导   语

质谱技术是分离和检测带电粒子质荷比的分析技术。因设备、人员和标准化问题,一直以来只应用于有实力的科研机构。随着科学发展,质谱技术已成为化学分析领域和生命科学领域非常有效的分析工具,尤其在医学检验中,国内许多三甲医院与独立实验室纷纷布局临床质谱技术,看中的就是其巨大的临床应用前景!

在不久前结束的中华医学会第十四次全国检验医学学术会议上,“质谱技术与临床”论坛会议异常火爆,来自国内外的检验大咖齐聚一堂,共话在精准医学和个体化医疗的大背景下,质谱技术在治疗药物监测、微生物鉴定和小分子生物标志物检测等方面的临床应用。

众所周知,新技术在检验检测上推广应用已司空见惯。近年来,质谱技术在临床医学检验中所发挥的作用受到越来越多的关注。毫无疑问质谱技术应用作为未来检验的发展方向,已然成为目前的焦点话题,下面就和大家一起共同了解一下其在医学实验室中的发展历程以及在医学检验领域的主要应用情况和特点,同时探讨质谱技术目前在临床应用中主要不足和未来可能的发展方向。

何为质谱技术?

质谱技术(mass spectrometry)是分离和检测带电粒子质荷比的分析技术[1]。随着离子源及质量分析器技术的变革、质谱仪器设计的快速改进等,质谱技术已成为化学分析领域和生命科学领域非常有效的分析工具,尤其在医学检验中的应用。

质谱技术背景

由“美国尼米兹号航空母舰”事故开始到质谱技术走入临床实验室,再到药物研发领域的应用,而后进入检验领域,历经四十年载。此后,质谱技术逐步从标准技术变成国际通用技术。

国外

2010年,LC-MS/MS广泛应用于欧美临检参考实验室。由于第三方检测机构的推动,从大型医院临检实验室向中小型、甚至社区医院扩展迅速。近年来,在欧美等发达国家,质谱技术已广泛应用于医学检验,基于该技术开发出的临床检测项目已有数百项。

国内

在我国,质谱技术最早始于治疗药物监测。随后大范围应用了遗传代谢病检测、营养素检测和微生物鉴定等[2]。因其具有良好的发展前景,有望成为医学检验领域下一个革命性技术而被广泛关注。但我国目前仍处于起步阶段,检测项目目前也只有70余项。

质谱技术优缺点

优点

高特异性、高灵敏度、单次分析的快速性、检测信息的丰富性,以及对复杂生物基质分析的高耐受性

不足:

1、所需的标准物质、试剂、耗材和仪器的维修服务等成本高;质谱实验室的仪器设备昂贵,技术人才匮乏,临床应用的门槛高。 2.自动化程度较低,对人依赖性较大;同时在数据处理和报告发放环节,仍未实现自动化;3. 对于质谱技术应用较成熟的项目,检测数据仍缺乏统一的应用标准[3] ,而且结果易受干扰,存在较大的风险;4. 目前均为自建方法检测,不能标准化和规范化。美国临床实验室标准化协会已发布临床质谱的使用指南,中华医学会检验医学分会、卫生计生委临床检验中心和《中华检验医学杂志》编辑部共同发布了《液相色谱-质谱临床应用建议》[4]5.国内监管不成熟,检测项目无收费标准。

小编说:就目前看质谱技术的应用仍存在较多缺陷,但随着技术的革新与发展,相关条件的成熟,质谱仪有望同免疫学方法和化学发光法一样,成为临床检验自动化、智能化、标准化的检测平台。

质谱技术在医学检验中的主要应用

目前的临床应用方向包括四大类:临床生化检验、临床微生物检验、临床免疫性检验、临床分子生物诊断。

临床生化检测

目前质谱技术在生化检测上是重点,主要项目有新生儿筛查、类固醇激素检测、维生素族检测、药物浓度检测、儿茶酚按检测、重金属含量、微量元素检测等[5]。但任然有很多项目尚未使用,如胆汁酸检测、不孕不育激素检测、抗真菌药物浓度、疼痛管理药物的检测、溶酶体贮积症等这些项目正在开发中。

新生儿遗传代谢病系列筛查。可一滴血一次实验检测数十种氨基酸、酰基肉碱谱,共计106项指标,综合判断40余种遗传代谢病(包括氨基酸代谢病、有机酸血症、脂肪酸氧化缺陷疾病等)。而GC-MS做尿液有机酸检测,可一次性检测132项指标,可辅助检测40余种遗传代谢病(主要为有机酸血症,也包括氨基酸代谢病及脂肪酸氧化缺陷病)[6]

类固醇激素系列    类固醇激素目前市场上的检测大概有15种左右。

维生素系列-VD  目前开展的脂溶性维生素检测约7种,水溶性约5种。临床上用的较多的是维生素D,与钙的吸收相关性大。另外,维生素A,E, K的检测也很重要。

药物检测  定期检测药物浓度,既要达到治疗效果,又要防止药物中毒,质谱技术用于血药浓度检测,具有专属性强、准确度高、重现性好、灵敏度高和成本低的优点。药物成分分析,包括中药和抗生素药物成分分析;残留药物成分的鉴定分析;药物代谢研究;保健品、中成药、食品中非法添加化学药物成分的鉴定分析。  

痕、微量元素检测 目前质谱技术已成为无机元素分析的主要方法之一, 已建立了几十种痕、微量元素的检测方法, 广泛应用于全血、血清、尿液和头发中砷、铅等有害重金属以及铁、锌、硒等人体微量元素的检测[17]。

其他项目 除以上项目外, 质谱技术的临床研究也已全面开展,对临床诊断不明的神经系统、消化系统以及皮肤损害患儿做了检测, 诊断患儿为多种羧化酶缺乏症, 并对生物素治疗过程做了监测, 发现疗效显著。   

临床微生物检验

近年来,质谱技术已成功应用于微生物的鉴定及分型,并逐渐成为微生物鉴定的主流技术,可快速检测和鉴定革兰阳性菌、革兰阴性菌、厌氧菌、分枝杆菌、酵母菌和丝状真菌等[7-11]。

主要优点:

(1)可用于多种微生物样本,如痰液、血液、尿液、脑脊液和胸腹腔积液以及经过培养的样本;(2)可用于几乎所有类型的病原体鉴定和分类检测,如细菌、真菌及其孢子、病毒、寄生虫等;(3)可对病原的多种成分进行分析,包括蛋白质、脂质、脂多糖、脂寡糖、DNA、多肽及其他可被离子化的分子;(4)检测速度快,例如一个病原微生物的质谱检定实验,包括样本的采集和制备,整个过程不到10min;(5)样本用量少;(6)样本前处理简单;(7)特异性和准确性高,建立好数据库就可以做定性和定量的分析,用于病原微生物鉴定、B族链球菌的产前筛查、微生物药敏检测和病原菌耐药性。

 临床免疫学检验

因传统方法如ELISA检测有致命缺陷,所以质谱有其应用必要性。随着标记物的研发和蛋白制备更加成熟,质谱技术在免疫检验优势更为突出。

临床分子生物诊断

质谱因其高通量、时间短和成本低的优势,可广泛应用于核酸的分型和测定。目前技术有药物基因组检测、肿瘤易感基因检测、新生儿耳聋基因检测和液体活检。

质谱技术的未来

质谱技术几十年来发展较大, 在临床检验中凸显的作用也十分明显, 越来越多的检测项目正被转移至质谱技术平台进行检测,现已成为临床检验中的重要新型工具。

质谱技术作为检验领域新兴的发展方向,较其他方法具有较大优势,前景广阔。但我国临床检验中质谱技术的应用还非常有限, 检测的项目较少、人才缺乏, 与国外发展水平差异较大, 有很多需要完善的地方。随着质谱检测数据的判断标准的建立、技术人才的培养、质控体系的完善和收费标准的等问题的解决。质谱检测将迎来新的发展机遇,不仅仅只应用在少量第三方检测机构与大型综合三甲医院开展,基层医院同样也能开展。因此,质谱技术将是未来临床检验、高校科研发展的主要方向。

【参考文献】

[1] 王思合, 程雅婷, 赵蓓蓓.临床色谱质谱检验技术[M].北京:人民卫生出版社, 2017.

[2]潘柏申.迎接质谱技术进入检验医学领域[J].中华检验医学杂志, 2017, 40 (10) :733-736.

[3].张自强, 李岩.质谱技术在临床生化检测中的应用[J].检验医学, 2015, 30 (5) :407-409.

[4]. 中华医学会检验医学分会, 卫生计生委临床检验中心.液相色谱-质谱临床应用建议[J].中华检验医学杂志, 2017, 40 (10) :770-779.

[5].沈立松, 马妍慧.质谱技术在检验医学中的应用现状和前景[J].诊断学理论与实践, 2012, 11 (5) :536-538.

[6].韩丽乔, 庄俊华, 黄宪章.质谱技术及其在临床检验中的应用[J].检验医学, 2013, 28 (3) :252-256.

[7] Van Veen SQ, Class ECJ, Kuijper EJ.High-throughput identification of bacteria and yeast by matrix-assisted laser desorption ionization time of flight mass spectrometry in conventional medical microbiology laboratories[J].J Clin Microbiol, 2010, 48 (3) :900-907.

[8] Robert PR, Brosnikoff C, Turnbull L, et al.Multicenter evaluation of the vitek 2 anaerobe and Coryne bacterium identification card[J].J Clin Microbiol, 2008, 46 (8) :2646-2651.

[9] Christopher DD, Susan MB.Emerging and future applications of Matrix-Assisted Laser Desorption Ionization Time-of-Flight (MALDITOF) Mass Spectrometry in the clinical microbiology laboratory[J].J Mol Diagn, 2016, 18 (6) :789-802.

[10] Oviaño M, Fernández B, Fernández A, et al.Rapid detection of enterobacteriaceae producing extended spectrum beta-Lactamases directly from positive blood cultures by matrix-assisted laser desorption ionization time-of-flight mass spectrometry[J].Clin Microbiol Infect, 2014, 20 (11) :1146-1157.

[11] McMullen AR, Burnham CA.Be serious:posttraumatic endophthalmitis[J].Clin Chem, 2016, 62 (1) :37-39.



(责任编辑:xgh)

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