日本東北大學與島津制作所成功開發(fā)新冠病毒檢測法—呼氣組學解析系統(tǒng)
發(fā)布時間:2020-10-26 閱讀次數(shù)：1355次
最新開發(fā)新冠病毒呼氣檢測法-基于呼氣組學發(fā)展的未來醫(yī)療
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研究要點
日本東北大學和島津制作所成功開發(fā)了利用自然呼出氣為樣本的新冠病毒檢測法“呼氣組學”注1。
“呼氣組學”是分析呼出氣體中的病毒、源于生物體的蛋白質、代謝產物的最先進技術。
將來，此種技術不僅能應用于新冠，還能應用于個性化醫(yī)療、遠程、居家健康檢查、各種疾病的診斷、治療、未病先防等，揭開呼氣醫(yī)療的新篇章。
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研究概要
目前亟需有助于新冠病毒快速且高靈敏、高準確度的診斷，發(fā)病期及癥狀的評估，重癥化風險的判斷，預后及并發(fā)癥的預測與診斷的檢測方法。
東北大學研究生院醫(yī)學系研究科、老齡研究所基于和島津的共同研究，投入開發(fā)了“針對新冠病毒防治對策的呼氣組學解析系統(tǒng)”（圖1）。該研究研發(fā)出了基于利用自然呼出氣體（呼氣）的非侵入式呼氣組學解析法的檢查系統(tǒng)，代替?zhèn)鹘y(tǒng)鼻、口（咽）取樣的檢查方法。
圖1． 基于呼氣組學的新冠傳染防治項目
本解析法的優(yōu)點除了采樣簡便，還有多樣化的解析結果。此外，本方法除了對各種傳染病有效，也能應用于心血管和肺部疾病、生活方式病、糖尿病等代謝性疾病、癌癥等健康管理、未病先防等方面。呼氣醫(yī)療未來還將在遠程醫(yī)療等領域一展身手，我們以建立基于呼氣醫(yī)療的未來醫(yī)療為目標（圖2）。
圖2．基于呼氣醫(yī)療的個性化未來醫(yī)療
本研究獲得了日本文部科學省針對新冠傳染防治對策項目以及內閣官房新冠防治AI模擬試驗項目的支持。
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研究內容
新冠疫情的惡化大大限制了社會經濟活動，改變了人們的生活方式。為了維持社會經濟活動、醫(yī)療能力并阻止感染擴大，針對新冠病毒快速且高靈敏、高準確度的診斷，發(fā)病期及癥狀的評估，重癥化風險的判斷，預后及并發(fā)癥的預測與診斷是目前的緊要課題。
此次，日本東北大學研究生院醫(yī)學系研究科、老齡研究所基于和島津制作所的共同研究，在令和二年文部科學省一次補正預算（強化國立大學研究基礎）新冠傳染防治項目下研究出“針對新冠病毒防治對策的呼氣組學解析系統(tǒng)”，并于2020年5月在日本東北大學醫(yī)學部設立了“呼氣組學研究中心”，開展新冠病毒診斷法的研究。
呼氣組學是利用質譜儀注2檢測氣溶膠注3作為主要的精密檢測方法，以“對受試者的非侵入性”、“所得信息的豐富性”見長（圖1）。若使用日本東北大學開發(fā)的高性能氣溶膠收集裝置，受試者自己在安靜狀態(tài)下呼吸5分鐘，即可得到1毫升左右的呼出氣冷凝液注4。若居家即可收集呼氣樣本，就可以建立有助于在早期發(fā)現(xiàn)作為感染擴大主要原因的無癥狀感染者和輕癥患者，以及有助于在早期預測及預防新冠發(fā)病和重癥化的檢查體系。
呼氣組學不僅能檢測是否感染新冠病毒，還能獲得發(fā)病時間及癥狀的評估，重癥化風險的判斷，預后及并發(fā)癥預測相關的信息。呼氣組學也能應對新冠病毒以外的其他病毒，由于可同時測定多種病毒，所以對新冠疫情結束后的其他傳染病防治也有作用。
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今后發(fā)展
日本東北大學和島津制作所將把呼氣組學的應用范圍拓展到傳染病以外的疾病診斷、健康檢查等醫(yī)療保健領域，以此發(fā)展未來的呼氣醫(yī)療。此外，通過構建包括呼吸、環(huán)境和基因組（基因）等各種組學分析信息的數(shù)據庫，呼氣醫(yī)療不僅能診斷心血管、肺部疾病、生活方式病和糖尿病等代謝性疾病、癌癥等，還能有助于居家健康管理和健康檢查，通過遠程醫(yī)療來推進開發(fā)有助于于未病先防和延年益壽的個性化醫(yī)療（圖2）。
島津制作所為了將與日本東北大學合作研發(fā)的檢查系統(tǒng)推向社會實際應用，將致力于“研發(fā)可自動進行從預處理到質量分析、數(shù)據分析工程的完整系統(tǒng)”，“橫向部署針對全國各地主要醫(yī)院和檢查機構的檢查系統(tǒng)，并建設傳染病防控網絡”。
注1. 組學：從整體角度分析代謝物、蛋白質等生物分子的技術。樣本形態(tài)無特別限制，例如鼻、咽拭子，唾液，血液，尿液、糞便等。環(huán)境組學可以分析灰塵和污垢（污水）。在呼氣組學中，會收集呼出的氣體，氣溶膠注3中的病毒蛋白和基因組，源自受試者的炎癥介質和能量代謝物，并實現(xiàn)全自動化的高速、超靈敏的組學分析。
注2. 質譜儀：一種通過將樣品轉換成離子并按尺寸（質量）篩分來鑒定和定量分析樣品中所含成分的設備。通過進行適當?shù)念A處理，可以分析如蛋白質等各種生物分子，且可以一次分析多種成分。隨著近年來的高速化和高靈敏度化，其應用范圍也在擴大。
注3. 氣溶膠：漂浮的微米級液體或固體微粒。
注4. 呼出氣冷凝液：通過對呼出氣體進行冷凝收集的液體樣品。包含病毒蛋白， RNA基因組和生物代謝產物。
