综述:即时检测(POC)技术在热带疾病诊断中的应用进展

【字体: 时间:2025年02月28日 来源:Advances in Biomarker Sciences and Technology

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  这篇综述聚焦热带疾病诊断难题,阐述 POC 技术的应用、优势及挑战,为改善诊疗提供思路。

  # 即时检测(POC)技术在热带疾病诊断中的应用进展

一、引言


热带疾病是指在热带地区广泛流行的各类健康问题,涵盖传染性和非传染性疾病、遗传疾病以及由营养缺乏、环境因素(如高温、高湿、海拔等)引发的疾病。在热带国家,除了非传染性疾病,微生物、寄生虫、陆地和海洋动物以及节肢动物等也带来了严峻的健康挑战。

发展中国家的热带地区常面临贫困、生活条件差、营养不良、HIV/AIDS 肆虐以及卫生系统薄弱等问题,这些因素加剧了疾病负担。尽管近年来饮食和生活方式的改变使非传染性疾病发病率上升,但热带传染病仍是可避免发病和死亡的主要原因之一。

传统的热带疾病诊断技术,如显微镜检查和基于培养的方法,存在诸多局限性,包括操作繁琐、耗时久、需要专业人员和设备,且灵敏度和特异性不足,容易导致误诊、漏诊和不恰当治疗。此外,诊断工具的可及性有限、成本高昂,以及医疗基础设施薄弱和人员培训不足等问题,也严重阻碍了疾病的有效管理。

即时检测(Point-of-care,POC)是指在患者护理现场或附近进行的医疗诊断测试,其目的是快速提供结果,以便及时做出临床决策,改善患者预后并优化医疗流程。POC 测试具有简单、便携、易用的特点,可在多种场景下使用,包括诊所、医院、家庭以及偏远和资源有限的地区。POC 测试涵盖多种类型,如基于血液的血糖监测、传染病检测,基于尿液和唾液的妊娠检测、药物筛查,以及用于慢性病管理、急诊和重症监护、肿瘤学和遗传学等领域的检测。

在资源有限的环境中,创新与医疗的结合对于应对热带疾病挑战至关重要。POC 诊断技术的发展和应用为快速、现场检测疾病提供了可能,有望彻底改变资源受限地区的医疗状况。本综述旨在探讨 POC 诊断技术在热带疾病诊断中的应用,为改善健康管理策略、提高医疗效果和减轻热带疾病对弱势群体的影响提供参考。

二、热带疾病的诊断方法


长期以来,疟疾等热带疾病的诊断主要依赖临床观察和染色血涂片显微镜检查等传统方法。然而,这些方法存在显著缺陷。显微镜检查灵敏度有限,难以检测低水平感染,且需要专业人员进行准确解读,在疾病流行地区往往缺乏此类专业人才。此外,许多热带疾病初期症状相似,仅依靠症状难以区分病原体,容易导致诊断延误和错误治疗,进而增加发病率和死亡率。

显微镜检查在诊断疟疾和某些细菌感染时虽不可或缺,但受样本制备和解读差异的影响,容易出现误差。该方法耗时费力,依赖设备齐全的实验室和训练有素的人员,且灵敏度和特异性不足。同样,基于培养的方法虽具有确定性,但耗时过长,通常需要数天至数周才能得出结果,这会延误合适治疗的开始时间。

等温扩增技术与传统的聚合酶链反应(PCR)不同,它在恒定温度下进行,无需热循环,因此特别适合野外和资源有限的环境。例如,环介导等温扩增(Loop-mediated isothermal amplification,LAMP)技术通过消除对复杂热循环设备的需求,减轻了运输负担,可在基础设施有限的偏远地区使用。此外,等温扩增技术通常比传统 PCR 更快得出结果,在传染病爆发时,能为及时诊断和防控提供关键信息。

过去,由于对病原体传播方式的了解有限,非洲昏睡病等热带疾病的诊断面临巨大挑战。引起昏睡病的锥虫在传播媒介中会发生复杂的形态变化,传统显微镜难以区分,这阻碍了疾病传播的追踪。诊断此类疾病往往严重依赖症状观察,容易导致误诊和疾病流行率的不准确估计。传统的培养等诊断方法也存在诸多问题,如在热带地区炎热潮湿的环境下,难以保证显微镜载玻片的质量和检测的准确性。

如今,POC 设备已成为热带疾病快速、准确诊断的变革性解决方案,尤其在缺乏专业基础设施的农村地区。免疫层析侧向流动测试等紧凑、易用的 POC 设备,可在 10 - 20 分钟内提供清晰结果,且无需电力。此外,基于等温核酸扩增的便携式工具可在分子水平检测病原体,克服了设备和材料运输的后勤难题。POC 诊断的广泛应用显著提高了偏远热带地区的检测可及性,减少了对外部援助的依赖。当 POC 诊断数据与国家健康信息系统集成时,可实现疾病趋势的实时监测,为及时决策提供有价值的信息。

三、POC 诊断的技术进展


POC 诊断在检测热带疾病和传染病方面取得了显著进展,尤其是在 COVID - 19 大流行期间。这些进展涵盖技术和非技术方面,对 POC 设备的快速开发、推广和应用至关重要。获得紧急使用授权(Emergency Use Authorization,EUA)的 POC 技术,在核酸、抗原和抗体检测方面具有共同特征,可分为四类 POC 应用场景。

在家用 POC 检测中,数据报告和分析面临挑战,主要源于检测过程的分散性,导致结果难以传输给卫生当局。例如,学校使用快速抗原检测的试点研究表明,管理报告过程需要大量时间和专业知识。此外,家用检测的分散性需要自动化系统来收集、传输和分析数据,并整合传统实验室外的检测信息。将家用 POC 检测系统连接到第三方平台是有效整合医疗数据的关键,这有助于医疗机构更高效地管理检测项目,实现疾病地图绘制和公共卫生当局的实时追踪,还能为医疗行业外的利益相关者提供有价值的实时数据分析,辅助决策。

近年来,可穿戴设备在高血压管理和预防方面发挥了重要作用,成为有效的 POC 解决方案。传统的高血压管理依赖动态血压(Ambulatory blood pressure,ABP)和家庭血压(Home blood pressure,HBP)监测,但传统 HBP 协议可能无法完全捕捉血压的昼夜波动,而这与不良心血管事件可能相关。研究表明,使用腕戴式振荡测量设备 HeartGuide 进行的可穿戴 HBP 监测,与传统 ABP 方法相比,具有较高的可靠性和良好的重复性。这表明,按照结构化的日常时间表使用可穿戴设备,能够在现实环境中可靠地监测血压,为高血压的长期护理提供了有前景的解决方案。

POC 检测的发展呈现出多种新兴趋势。一是样本类型不断扩展,包括呼吸(挥发物组学)和间质液等;二是倾向于采用非侵入性检测方法,如基于红外线的检测、可穿戴设备、植入式和插入式设备用于连续监测;三是多路复用技术的发展,涉及多个检测区域、标记和无标记分析仪;四是利用 3D 打印制造分析仪,并结合纳米孔、纳米电子学、快速 PCR、核磁共振和质谱等检测技术;五是将智能手机、智能手表和平板电脑集成到 POC 检测设备和应用程序中,实现数据收集、分析和传输,用于远程医疗和监测。

移动电话在 POC 检测的诊断和通信技术中有着广泛应用。它可与 POC 检测设备集成,便于早期现场检测和量化生物标志物,适用于慢性病管理、家庭自我监测或资源有限地区的检测。移动电话的计算能力可用于过程控制和数据分析,其存储和通信能力可用于存储和传输检测数据,内置的闪光灯和摄像头可用于光学传感,智能手机应用程序中的图像分析算法可处理和分析获取的图像。此外,移动电话在远程医疗中也发挥着重要作用,使 POC 检测数据可在基于云的服务器上访问,实现远程诊断和监测。

POC 检测的非侵入性检测方法取得了进展,如使用近红外扫描检测创伤性脑损伤伴颅内出血,商业化平台 Infrascanner 已在军事领域进行了测试。此外,挥发物组学(也称为呼吸组学)通过分析人类呼吸中的挥发性有机化合物,可无创地揭示诊断信息,在哮喘、慢性阻塞性肺疾病、肺癌和呼吸道传染病等方面具有潜在应用。同时,将传感器阵列与质谱仪、超快气相色谱仪或拉曼光谱仪结合,可检测和量化呼吸中的挥发性有机化合物。

3.1 即时检测(POC)的专利和技术创新


POC 检测的快速发展得益于众多技术创新,许多创新已通过专利得到保护。这些专利不仅保护了知识产权,还凸显了诊断医疗领域的变革性进展。POC 检测的专利涵盖多个领域,包括生物传感器、微流体装置、侧向流动分析和便携式分子诊断。例如,新型生物传感器技术的专利旨在提高检测糖尿病、传染病和癌症等疾病生物标志物的灵敏度和特异性;微流体技术实现了对小体积流体的精确控制,革新了 POC 检测,相关专利聚焦于将多种诊断功能集成到单个便携式平台的芯片实验室系统;侧向流动分析(Lateral flow assays,LFAs)在妊娠检测和 COVID - 19 诊断等快速检测中广泛应用,相关专利创新旨在提高检测准确性和易用性;便携式分子诊断,包括基于 PCR 的设备,因其能够在护理点提供实验室质量的结果而获得专利。此外,人工智能和无线连接的进步导致了智能 POC 设备的专利出现,这些设备集成了实时数据分析和远程监测功能。

四、小型化和便携性的改进


小型化是 POC 诊断的重要进展。微流体 POC 设备的出现,使得疾病能够以经济高效的方式快速检测。基于微流体的诊断方法为全球健康项目,特别是资源有限的环境,带来了诸多潜在益处,包括便携性、快速检测、低成本以及慢性病的早期诊断。这些设备便于携带,可在资源有限的地区使用,提高了医疗服务的可及性。噬菌体传感器能够特异性地结合靶宿主细胞,具有裂解和杀死宿主的能力,并且在感染过程中能够繁殖,是检测和识别细菌病原体的有价值工具。适体作为抗体的替代物,具有无需动物宿主生产、避免伦理问题的优势,同时在结合生物分子时具有高特异性和灵敏度,适合用于病原体检测。

然而,在资源有限的环境中,基于微流体的诊断方法也存在一些局限性,包括复杂的样本检测、疾病特异性挑战、质量控制和保证,以及地理可及性障碍。

纳米材料如氧化石墨烯(Graphene oxide,GO)因其独特的性质,如高电导率、大表面积、机械和热稳定性,被广泛应用于生物传感领域,用于病原体检测。GO 已被用于开发检测大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、结核分枝杆菌和铜绿假单胞菌等病原体的生物传感器,基于 GO 的生物传感器在病原体检测、食品安全检测、临床诊断和环境监测方面具有巨大潜力,并且基于 GO 的电化学传感器的开发也得到了增强。

各种基于纳米材料(Nanomaterials,NM)的生物传感器被用于检测不同的病原体。纳米级设备的主要目标是提高灵敏度和特异性,并提供简单的检测机制。近年来,基于 NM 的 POC 设备,如生物传感器,被广泛用于检测细菌和临床病原体。这些传感器利用纳米颗粒(Nanoparticles,NPs)的化学、光学、磁性和电学特性来检测病原体。病原体的分子检测推动了 POC 设备的发展,使其能够快速、经济高效地检测多种病原体。多种类型的 NMs 和纳米结构,包括碳纳米管、金属氧化物 NPs、磁性 NPs、金属纳米团簇、纳米凝胶和等离子体纳米材料,被应用于 POC 检测。

为了解决 POC 检测中的挑战,比率荧光技术和基于 CRISPR 的策略成为有前景的解决方案。比率荧光技术具有更高的灵敏度、选择性和实用性,适合在欠发达和资源有限的地区应用。该技术通过颜色或光谱变化检测生物标志物,提供了更直观、准确的检测方法,并且减少了用户误差,操作简便。基于 CRISPR 的策略在电化学、化学生物学、化学和工程等领域的广泛研究推动下不断发展,具有革新 POC 检测的潜力。将基于 CRISPR 的方法与电化学、光子晶体和表面等离子体共振(Surface plasmon resonance,SPR)相结合,可显著提高 POC 系统的精度和灵敏度。这些策略还可集成到具有实时监测功能的可穿戴设备中,满足快速、可靠的 POC 检测需求。

电化学生物传感器的发展通过创新方法提高了生物分子检测的灵敏度和特异性。这些方法利用电化学信号,通过多个具有不同激活电位的探针实现多路复用信号,能够识别更广泛的具有可区分电位的电化学氧化还原物质。近年来,电化学生物传感系统在全球医疗保健系统中的应用不断扩展,特别是在检测核酸、蛋白质、小分子和细菌 / 病毒方面。例如,中和剂置换测定(Neutralizer displacement assay,NDA)在检测所有主要类别的核酸时表现出卓越的灵敏度;DNA 离合器探针(DNA clutch probes,DCPs)用于检测循环肿瘤 DNA(Circulating tumor DNA,ctDNA)中的突变,检测限低至 1 fg/mL,在疾病诊断中显示出高灵敏度。

基于光学的 POC 检测方法与其他系统相比具有多种优势,包括可视性好、可无创肉眼检测、成本效益高等。这些方法可通过数码相机、智能手机相机或光电探测器转换为可读图像,然后使用适当的成像软件进行处理和分析,适用于 POC 检测且便于肉眼检测。然而,基于光学的 POC 检测方法也存在局限性,如光学信号强度、检测仪器准确性和光学阅读器信噪比(Signal-to-noise ratio,SNR)等问题。为克服这些局限性,在光学生物传感器的探针灵敏度、信号转导方法、传感材料制备、信号增强和降噪等方面取得了进展。

在发展中国家实施 POC 诊断测试面临复杂多方面的挑战。一是缺乏适合资源有限环境的诊断测试,大多数技术是为满足发达国家资金充足的实验室需求而设计;二是农村医疗诊所基础设施不足,如稳定的电源供应、制冷和废物处理设备的缺乏,阻碍了 POC 测试的实施;三是发展中国家缺乏熟练的医疗保健专业人员,现有人员工作量大,影响了 POC 测试的使用;四是准确诊断测试的可及性和可负担性不足,导致许多疾病未被诊断或治疗,此外,卫生系统和基础设施、地理可及性、供应链问题以及研究相关障碍也阻碍了 POC 诊断的发展。

尽管存在挑战,但 POC 诊断为发展中国家改善医疗结果提供了机会。在医疗基础设施薄弱、难以获得高质量及时医疗服务的地区,POC 检测服务可显著提高医疗服务的可及性。引入适应性强的诊断技术、增强平台和备用基础设施,结合公共卫生代表、开发者、供应商和当地卫生当局等关键利益相关者的参与,为 POC 检测的成功实施提供了前景。近年来,对发展中国家 POC 诊断的投资增加,为解决障碍、提高可及性和增强 POC 诊断服务效率带来了机遇。

为提高资源有限环境中医疗服务和质量保证诊断测试的可及性,可采取多种策略。一是改善 POC 检测服务的可及性,采用精益敏捷的供应链管理框架,考虑供应链管理、质量系统管理、地理位置、卫生基础设施和 POC 诊断服务的政策框架等因素;二是对 POC 检测服务进行全面质量管理,以识别设施和诊断错误并采取纠正措施,提高服务的可及性,特别是在低收入和中等收入国家(Low - and middle - income countries,LMICs);三是解决监管挑战,建立明确的国家政策,包括 POC 诊断评估和认证、融资、培训、专业知识和研究,以指导 POC 检测的实施,提高可及性和医疗结果;四是制定 POC 诊断批准程序、上市后监测、生物安全指南,明确负责标准监管问题和人力资源培训的机构或部门,以增强 POC 检测的可及性;五是开发用户友好的 POC 诊断界面,使医疗工作者或患者能够独立做出临床决策。

五、POC 在热带疾病检测中的实际应用


POC 诊断的实际应用能够彻底改变热带疾病的检测和管理,特别是在资源有限的环境中。以下将探讨 POC 技术在疟疾和被忽视热带病(Neglected tropical diseases,NTDs)检测中的具体案例和应用。

5.1 疟疾诊断:POC 解决方案的实际应用


疟疾在非洲最为常见,由于缺乏免疫力的旅行者返回,其影响正蔓延到工业化地区、流行地区和非流行地区。疟疾 POC 测试是一种便携式手持设备,采用侧向流动免疫层析技术,通过手指血样检测疟原虫抗原。它能够在短短 10 分钟内快速诊断或排除疟疾,其主要优势在于速度快、使用方便,无需特殊培训或设备。根据检测的疟原虫抗原,疟疾 POC 测试可进行分类。目前,用于疟疾诊断的 POC 方法主要有涂片显微镜检查和免疫层析快速检测(Rapid diagnostic tests,RDTs),但基于核酸扩增检测(Nucleic acid amplification tests,NAAT)的方法被认为是更具特异性和灵敏度的疟疾 POC 诊断测试。

在疟疾消除行动中,识别和治疗所有寄生虫携带者(包括有症状和无症状者)至关重要。这意味着在 POC 应用中需要积极寻找无症状患者,因为他们通常不会主动寻求医疗帮助。不同的疟疾诊断方法在 POC 环境中各有优缺点。

显微镜检查染色血涂片仍是疟疾诊断的金标准,它能够识别疟原虫种类并估计寄生虫负荷,几乎可在任何环境中使用,所需设备成本低,采血后数小时内即可得出有价值的结果。然而,显微镜检查需要专业人员正确解读玻片,在非流行地区,由于病例发生率低,实验室技术人员可能难以保持最佳的操作能力,导致结果准确性依赖于检测实验室。

免疫层析快速检测(RDTs)能够快速、简便地检测血液样本中的特定疟疾抗原,但它可能无法区分不同的疟原虫种类,也难以检测低水平感染。RDTs 无需昂贵设备和专业人员协助,肉眼即可观察结果,适合在偏远和难以到达的地区使用。但 RDTs 依赖抗体检测寄生虫抗原,抗体易受选择压力影响而发生变化,导致检测亲和力降低,灵敏度和特异性下降。此外,pfhrp2 和 pfhrp3 基因的缺失会导致假阴性结果,而 PfHRP2 在外周血中的持续存在、与人类类风湿因子的交叉反应以及其他感染性<>

核酸扩增检测(NAATs)中的聚合酶链反应(Polymerase Chain Reaction,PCR)和环介导等温扩增(LAMP)具有高灵敏度和特异性,能够检测低水平的寄生虫并进行物种鉴定。LAMP 在检测敏感靶点时能耗低、耗时短,无需复杂设备,但它容易受到污染,非靶标扩增可能导致假阳性结果,影响其选择性。如果能解决这些技术障碍,LAMP 将成为 POC 检测中极具前景的核酸扩增技术。核酸序列依赖性扩增(Nucleic Acid Sequence - Based Amplification,NASBA)也是一种较为敏感和精确的扩增方法,无需复杂的热循环仪,但它需要更彻底的样本制备,成本较高,且更容易因污染产生假阳性结果,目前距离 POC 应用还有一定距离。此外,基于红外线检测疟原虫色素(hemozoin)的非侵入性技术成本较低,现场测试结果良好,与 LAMP 结合使用,在 POC 疟疾诊断中具有很大潜力。PCR 虽然灵敏度和特异性高,但由于易受污染、化学试剂昂贵、仪器精密、需要可靠电源和专业操作人员等因素,在 POC 环境中的应用受到限制。若能开发出坚固耐用的便携式 PCR 设备,并配备疟疾检测反应,有望在 POC 场景中得到应用。微流控方法与核酸扩增技术相结合,能够解决样本制备难题,实现可靠、准确、靶向的疟疾 POC 诊断检测。

5.2 用 POC 测试诊断被忽视热带病


被忽视热带病(NTDs)由多种病原体引起,包括原生动物、蠕虫、细菌和病毒。常见的 NTDs 及其病原体包括恰加斯病(由克氏锥虫引起)、非洲锥虫病(由布氏锥虫引起)、利什曼病(由利什曼原虫引起)、血吸虫病(由血吸虫引起)、淋巴丝虫病(由班氏吴策线虫、马来布鲁线虫引起)、盘尾丝虫病(由盘尾丝虫引起)、登革热(由登革病毒引起)、麻风病(由麻风分枝杆菌引起)等。

由于 POC 测试具有诸多优势,在资源有限的环境中,它通常被推荐用于 NTDs 的诊断。然而,NTDs 的诊断具有挑战性,因为这些疾病与环境因素密切相关,包括终端用户需求和技能、基础设施和资源可用性、疾病流行程度以及可用的治疗方案等。因此,在成功部署 NTDs 的 POC 诊断时,除了考虑技术效率外,还必须考虑特定环境的标准。全面评估当前 NTDs 的 POC 诊断现状,对于开发适合每种疾病独特情况的 POC 测试要求至关重要。根据 NTDs 的治疗和随访计划,除了必要的技术改进外,还发现了一些互补需求。

针对不同的 NTDs,现有的 POC 诊断方法各有特点。例如,在非洲锥虫病的诊断中,可通过检查血液、溃疡液、肿大淋巴结抽吸物、脑脊液中的锥虫,以及进行抗体检测来判断;恰加斯病的诊断方法包括检查湿血涂片寻找活动的锥虫、裂解血液浓缩技术、微量血细胞比容浓缩技术以及血清学检测克氏锥虫抗体等。但目前仍有部分 NTDs 缺乏有效的 POC 诊断方法,如 6 种皮肤 NTDs(麻风病、足菌肿、着色芽生菌病、绦虫病、罗得西亚型非洲人类锥虫病、麦地那龙线虫病)。对于绦虫病,需要寻找新的 POC 测试分析物作为生物标志物,检测猪肉、水和人体中的绦虫及其幼虫;对于麦地那龙线虫病,需要一种基于核酸的现场可部署测试来检测水体中的病原体。对于着色芽生菌病和足菌肿,需要新型的基于核酸的 POC 测试来识别病原体,以实现有效治疗。

现有的一些免疫基于免疫的 POC 测试在诊断血吸虫病、狂犬病、淋巴丝虫病、恰加斯病、基孔肯雅热、蛇咬伤中毒、登革热、雅司病和沙眼等 NTDs 时效果欠佳,需要进一步开发更可靠的测试。这些 NTDs 中,现场可部署性是最常提及的需求,其次是确诊和疗效检测。现场可部署性包括在室温下稳定储存、批次间的重复性、成本以及测试的可及性等方面。部分 NTDs(如食源性吸虫病、盘尾丝虫病、布鲁里溃疡、棘球蚴病、利什曼病(皮肤型和内脏型)、冈比亚型非洲人类锥虫病)既有基于免疫的 POC 测试,也有基于核酸的 POC 测试。

可靠的 POC 测试对于确诊和疗效检测至关重要,尤其是对于内脏利什曼病和冈比亚型非洲人类锥虫病,需要强大的确诊物种特异性测试以及对当前 POC 检测方法的现场验证。对于血吸虫病,特别是在寄生虫血症较低的情况下,需要新型、灵敏且特异性的测试,如基于核酸或生物标志物的 POC 测试。基于核酸的 POC 测试对于识别无症状和先天性恰加斯病也是最佳选择。由于目前绦虫病和罗得西亚型非洲人类锥虫病缺乏 POC 测试,因此开发具有新型生物标志物检测的 POC 诊断方法十分必要。

目前,针对登革热、基孔肯雅热和淋巴丝虫病等疾病的 POC 诊断存在显著局限性,主要是与其他传染病的交叉反应问题。登革热和基孔肯雅热是发热性疾病,在寨卡病毒流行地区常季节性爆发,因此新的 POC 测试需要具备多重检测能力,以准确区分这些疾病,加快诊断速度,减少治疗延误。

对于皮肤相关的 NTDs(如布鲁里溃疡和皮肤利什曼病),获取诊断样本可能具有侵入性,需要无菌环境。因此,迫切需要开发能够使用皮肤组织非侵入性表面刮擦样本的新 POC 测试,以提高可及性,减少患者不适。实施 NTDs 的 POC 测试还需要遵循标准化的临床协议,以确保正确使用。然而,在偏远或资源有限的环境中,技术挑战(如技术支持不足、维护基础设施有限、供应链、运输和存储成本高昂)常常阻碍其有效应用。此外,大多数 NTDs 的治疗由捐赠资金资助并免费提供,这使得开发和实施先进的 POC 诊断的高成本难以得到合理支持。这些测试的临床验证也面临独特挑战,包括边缘化人群的就医行为和迁移模式导致的数据收集困难,以及监管批准和纳入流行地区医疗系统的过程耗时,尤其是当新的 POC 测试与现有的基于实验室的诊断方法相比,没有明显的成本优势时。尽管 POC 诊断为解决 NTDs 的诊断差距带来了希望,但要确保其在流行地区的有效实施和可持续性,必须克服成本、技术限制和系统挑战等众多障碍。

POC 诊断的应用不仅限于疟疾和 NTDs,在其他疾病领域也发挥着重要作用。例如,在结核病(Tuberculosis,TB)的诊断中,快速准确的 POC 测试(如分子诊断工具)对于早期检测和治疗启动至关重要,尤其在难以获得中央实验室服务的地区;对于 HIV,便携式的病毒载量和 CD4 计数测试有助于在偏远地区更好地监测和管理疾病;在非传染性疾病(Non - communicable diseases,NCDs)方面,POC 技术广泛应用于糖尿病的血糖监测、心血管疾病的血脂谱检测以及贫血的血红蛋白水平检测,这些设备使患者能够更积极地管理慢性病,减轻医疗系统的负担。在传染病领域,针对登革热、寨卡病毒和 COVID - 19 等疾病的 POC 诊断,通过采用侧向流动分析或 PCR 等方法快速提供结果,在疫情控制和挽救生命方面发挥了重要作用。在癌症诊断方面,新兴的 POC 测试专注于生物标志物检测,为早期诊断和个性化治疗提供可能。此外,针对肝炎、性传播感染(Sexually transmitted infections,STIs)等疾病的 POC 测试也在不断开发中,以满足不同医疗环境中对即时诊断的需求。

5.3 分子印迹聚合物(MIPs)在 POC 诊断中的应用


分子印迹聚合物(Molecularly imprinted polymers,MIPs)作为一种高效、选择性强的技术,在诊断领域崭露头角,为 POC 测试带来了新的活力。MIPs 具有与目标分子形状和大小匹配的特异性结合位点,能够高度选择性地识别生物标志物或病原体。这一独特特性使其在开发针对多种疾病的灵敏、准确的诊断工具方面具有巨大潜力。

MIPs 的主要优势之一是无需使用像抗体那样复杂、昂贵的试剂即可实现高选择性,这使其非常适合 POC 应用,因为 POC 测试要求简单、便携且成本效益高。MIPs 可应用于多种诊断平台,如生物传感器,在其中作为识别元件,检测血液、尿液或唾液等复杂样本中的特定分子。例如,MIPs 正被探索用于检测癌症、传染病的生物标志物,甚至环境污染物。在传染病诊断中,MIPs 可定制用于识别细菌、病毒或真菌病原体,在护理点快速提供检测结果。此外,MIPs 在检测低浓度目标分子方面也表现出良好的前景,这对于癌症或糖尿病等疾病的早期诊断至关重要。

MIPs 的潜力不仅限于传统的实验室诊断。随着技术的进一步发展,这些聚合物可集成到便携式、低成本的设备中,这对于资源有限的地区尤为重要,因为在这些地区传统的诊断工具可能无法使用。鉴于 MIPs 的多功能性、稳定性和易用性,它在提高 POC 测试的可及性、效率和准确性方面的作用日益凸显。

六、未来展望和实际建议


创新的 POC 诊断方法为资源有限地区热带疾病的快速检测和管理开辟了新途径。纳米技术基生物传感器是其中的重要突破,利用纳米颗粒的独特性质,这些生物传感器能够显著提高检测疾病生物标志物的灵敏度和特异性。例如,基于纳米颗粒的疟疾寄生虫或登革热病毒抗原检测,在提供更准确诊断方面展现出巨大潜力。微流控技术也是一项极具前景的创新,这些紧凑的设备将多个测试步骤集成在一个平台上,实现了针对 POC 应用的快速、自动化诊断。微流控系统已在同时检测多种热带疾病(如疟疾、登革热和寨卡病毒)方面取得了令人瞩目的成果。这些进展为资源受限地区创建有效、可及和分散式的诊断工具迈出了关键一步。

纸基诊断测试正逐渐成为 POC 诊断的变革性工具。这些测试价格实惠、操作简单,使用纸张或纤维素等多孔材料来承载试剂并捕获目标分析物。通过毛细管作用,纸基测试无需专业设备即可实现疾病标志物的可视化检测。侧向流动分析和微流控纸基分析装置(Microfluidic paper - based analytical devices,μPADs)等创新技术,使这些诊断方法更加实用,具有简单、经济、易用的特点,特别适合资源有限的地区,因为在这些地区集中式实验室设施往往难以企及。

POC 诊断的采用和有效应用深受当地健康观念、对医疗系统的信任以及对隐私和数据滥用(尤其是遗传数据)的担忧的影响。在许多社区,健康观念受到文化信仰、历史经验和社会经济条件的塑造,这些因素可能促进或阻碍个人寻求医疗护理。如果 POC 诊断被视为外来的或与传统健康实践不符,其接受度可能会受到影响。对医疗系统的信任同样至关重要,在医疗服务提供者被认为不可靠或过去的经历引发怀疑的地区,个人可能对新的诊断技术持犹豫态度。此外,健康信息的数字化程度不断提高,加剧了人们对隐私和遗传数据潜在滥用的担忧。如果数据保护措施不足或数据使用缺乏透明度,即使该技术具有显著的健康益处,也可能导致人们的抵制。解决这些挑战需要采取具有文化敏感性的社区参与策略、建立强大的数据保护框架,并通过医疗服务的透明度和问责制来建立信任。

为了在资源有限的环境中成功实施 POC 诊断,需要采取多种策略。简化检测设计是关键,通过创建步骤最少、对专业设备需求较低的协议,确保这些测试在资源有限的地区易于使用且有效。例如,针对热带疾病的单步比色检测,无需复杂设备,使诊断更加便捷。将 POC 诊断整合到现有医疗系统(如社区健康中心和流动诊所)中,能够进一步提高其可持续性和覆盖范围,确保服务不足的人群能够更好地获得及时的诊断和治疗。能力建设也同样重要,对医疗工作者进行检测操作、结果解释和质量保证方面的培训至关重要。通过为一线人员配备必要的技能,POC 诊断项目能够最大程度地发挥其作用,确保在改善医疗服务方面的长期有效性。

合作是可持续 POC 诊断计划成功的关键。公私合作伙伴关系(Public - private partnerships,PPPs)尤为有效,它将公共和私营部门的资源、专业知识和网络结合在一起。这些合作伙伴关系通过将技术创新与实际实施策略相结合,能够加速资源有限地区 POC 诊断的开发和部署。全球健康倡议和捐助组织也发挥着关键作用,它们在政治和财政上的支持对于扩大 POC 诊断项目规模、确保其长期可行性至关重要。获得这种支持有助于维持为服务不足社区提供有效诊断的努力。此外,与当地社区的合作也不可或缺,让社区参与诊断项目的设计和实施,能够提高他们对早期诊断益处的认识。这种方法不仅能够提高 POC 诊断的接受度和利用率,还能增强社区的主人翁意识和责任感,最终有助于改善医疗结果。

七、结论


热带疾病在许多地区,尤其是非洲,仍然是重大的健康挑战。虽然这些疾病并非无法治愈,但通过开发和实施适用于资源有限环境的准确诊断技术,可以显著降低其流行程度。为了应对这一负担,建立和促进全球联盟至关重要。政府、学术机构、非政府组织和商业领袖之间的合作努力,能够加速针对热带疾病的 POC 诊断的开发、验证和部署。通过整合资源、专业知识和资金,这些合作伙伴关系可以创造更有效、更易获取的诊断解决方案。加大对 POC 测试研发的投资,同时开展能力建设项目,培训医疗工作者正确的检测程序,对于改善热带疾病的诊断和治疗至关重要。强大的诊断能力能够实现对热带疾病更快、更具战略性的应对,从而更早实施隔离措施,显著降低疫情爆发成本,减少发病率和死亡率。尽管疫情爆发可能带来挑战,但加强疾病监测和情报网络可以防止其升级为大流行。通过共同努力和创新,热带疾病的健康负担有望得到显著减轻。

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