นวัตกรรมใหม่แห่งการวินิจฉัยวัณโรคและวัณโรคดื้อยา โดย #Macro & Micro-Test!

อาวุธใหม่สำหรับการวินิจฉัยวัณโรคและการตรวจหาการดื้อยา: การจัดลำดับเป้าหมายรุ่นใหม่ (tNGS) ร่วมกับการเรียนรู้ของเครื่องจักรสำหรับการวินิจฉัยภาวะไวต่อยาเกินขนาดวัณโรค

รายงานวรรณกรรม: CCa: โมเดลการวินิจฉัยที่ใช้ tNGS และการเรียนรู้ของเครื่องจักร ซึ่งเหมาะสำหรับผู้ที่เป็นวัณโรคแบคทีเรียและเยื่อหุ้มสมองอักเสบจากวัณโรคน้อย

หัวข้อวิทยานิพนธ์: การจัดลำดับยีนรุ่นถัดไปที่กำหนดเป้าหมายที่วัณโรคและการเรียนรู้ของเครื่องจักร: กลยุทธ์การวินิจฉัยที่มีความไวสูงสำหรับหลอดหลอดปอดขนาดเล็กและเยื่อหุ้มสมองอักเสบ

วารสาร: 《Clinica Chimica Acta》

ถ้า：6.5

วันที่เผยแพร่: มกราคม 2567

Macro & Micro-Test ร่วมกับมหาวิทยาลัยบัณฑิตยสภาวิทยาศาสตร์จีน (University of Chinese Academy of Sciences) และโรงพยาบาลโรคทรวงอกปักกิ่ง มหาวิทยาลัยการแพทย์แคปิตอล (Capital Medical University) ได้สร้างแบบจำลองการวินิจฉัยวัณโรคโดยอาศัยเทคโนโลยีการหาลำดับเบสเป้าหมาย (tNGS) รุ่นใหม่และวิธีการเรียนรู้ของเครื่อง (machine learning) ซึ่งให้ความไวในการตรวจจับวัณโรคที่สูงมากโดยมีแบคทีเรียและเยื่อหุ้มสมองอักเสบจากวัณโรคเพียงเล็กน้อย เป็นวิธีการวินิจฉัยภาวะไวเกินแบบใหม่สำหรับการวินิจฉัยทางคลินิกของวัณโรคสองชนิด และช่วยให้การวินิจฉัยแม่นยำ การตรวจจับการดื้อยา และการรักษาวัณโรคแม่นยำยิ่งขึ้น ขณะเดียวกัน พบว่า cfDNA ในพลาสมาของผู้ป่วยสามารถใช้เป็นตัวอย่างที่เหมาะสมสำหรับการเก็บตัวอย่างทางคลินิกในการวินิจฉัยวัณโรคชนิด TBM

ในการศึกษานี้ ได้ใช้ตัวอย่างพลาสมาและน้ำไขสันหลังจำนวน 227 ตัวอย่าง เพื่อสร้างกลุ่มตัวอย่างทางคลินิกสองกลุ่ม โดยตัวอย่างจากกลุ่มตัวอย่างวินิจฉัยโรคในห้องปฏิบัติการถูกนำมาใช้เพื่อสร้างแบบจำลองการเรียนรู้ของเครื่องสำหรับการวินิจฉัยวัณโรค และตัวอย่างจากกลุ่มตัวอย่างวินิจฉัยโรคทางคลินิกถูกนำมาใช้เพื่อตรวจสอบความถูกต้องของแบบจำลองการวินิจฉัยที่สร้างขึ้น ตัวอย่างทั้งหมดถูกกำหนดเป้าหมายโดยกลุ่มตัวอย่างที่ออกแบบมาเป็นพิเศษสำหรับเชื้อ Mycobacterium tuberculosis จากนั้นใช้ข้อมูลการจัดลำดับ TB-tNGS เพื่อทำการตรวจสอบความถูกต้องแบบไขว้ 5 เท่าบนชุดฝึกอบรมและชุดการตรวจสอบความถูกต้องของคิวการวินิจฉัยโรคในห้องปฏิบัติการ และหาค่าเกณฑ์การวินิจฉัยของตัวอย่างพลาสมาและน้ำไขสันหลัง ค่าเกณฑ์ที่ได้จะถูกนำไปรวมไว้ในชุดทดสอบคิวการวินิจฉัยโรคทางคลินิกสองชุดเพื่อตรวจหา และประเมินประสิทธิภาพการวินิจฉัยของผู้เรียนด้วยเส้นโค้ง ROC สุดท้าย จึงได้แบบจำลองการวินิจฉัยวัณโรค

รูปที่ 1 แผนผังการออกแบบการวิจัย

ผลการศึกษา: จากเกณฑ์จำเพาะของตัวอย่างดีเอ็นเอในน้ำไขสันหลัง (AUC = 0.974) และตัวอย่างดีเอ็นเอในน้ำไขสันหลัง (AUC = 0.908) ที่ได้จากการศึกษานี้ พบว่าตัวอย่างน้ำไขสันหลังจำนวน 227 ตัวอย่าง มีความไว 97.01% ความจำเพาะ 95.65% และความไวและความจำเพาะของตัวอย่างพลาสมา 82.61% และ 86.36% ตามลำดับ จากการวิเคราะห์ตัวอย่างดีเอ็นเอในน้ำไขสันหลังและดีเอ็นเอในน้ำไขสันหลังจำนวน 44 ตัวอย่างที่จับคู่กันจากผู้ป่วยวัณโรคปอดชนิดรุนแรง (TBM) พบว่ากลยุทธ์การวินิจฉัยของการศึกษานี้มีความสอดคล้องสูงถึง 90.91% (40/44) ในดีเอ็นเอในน้ำไขสันหลังและดีเอ็นเอในน้ำไขสันหลัง และมีความไว 95.45% (42/44) ในเด็กที่เป็นวัณโรคปอด กลยุทธ์การวินิจฉัยของการศึกษานี้มีความไวต่อตัวอย่างพลาสมามากกว่าผลการตรวจหา Xpert ของตัวอย่างน้ำย่อยในกระเพาะอาหารจากผู้ป่วยรายเดียวกัน (28.57% เทียบกับ 15.38%)

รูปที่ 2 ประสิทธิภาพการวิเคราะห์ของแบบจำลองการวินิจฉัยวัณโรคสำหรับกลุ่มตัวอย่างประชากร

รูปที่ 3 ผลการวินิจฉัยตัวอย่างที่จับคู่กัน

สรุป: การศึกษานี้ได้พัฒนาวิธีการวินิจฉัยวัณโรคแบบไวเกิน ซึ่งสามารถเป็นเครื่องมือวินิจฉัยที่มีความไวในการตรวจหาเชื้อวัณโรคสูงที่สุดสำหรับผู้ป่วยวัณโรคชนิดโอลิโกแบคทีเรียม (เพาะเชื้อได้ผลลบ) การตรวจหาวัณโรคแบบไวเกินโดยใช้ cfDNA ในพลาสมาอาจเป็นตัวอย่างที่เหมาะสมสำหรับการวินิจฉัยวัณโรคระยะแสดงอาการและเยื่อหุ้มสมองอักเสบจากวัณโรค (ตัวอย่างพลาสมาเก็บได้ง่ายกว่าน้ำไขสันหลังในผู้ป่วยที่สงสัยว่าเป็นวัณโรคในสมอง)

ลิงก์ต้นฉบับ: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/s0009898123004990? via%3Dihub

การแนะนำผลิตภัณฑ์ชุดตรวจหาเชื้อวัณโรคแบบมาโครและไมโครเทสต์โดยย่อ

ด้วยสถานการณ์ตัวอย่างผู้ป่วยวัณโรคที่ซับซ้อนและความต้องการที่หลากหลาย Macro & Micro-Test จึงนำเสนอชุดโซลูชัน NGS ที่ครบครันสำหรับการสกัดของเหลวจากตัวอย่างเสมหะ การสร้างและการจัดลำดับ Qualcomm Library และการวิเคราะห์ข้อมูล ผลิตภัณฑ์ครอบคลุมการวินิจฉัยผู้ป่วยวัณโรคอย่างรวดเร็ว การตรวจหาเชื้อดื้อยาในวัณโรค การพิมพ์เชื้อ Mycobacterium tuberculosis และ NTM การวินิจฉัยภาวะภูมิไวเกินในวัณโรคที่ผลเป็นลบและผู้ป่วยวัณโรค เป็นต้น

ชุดตรวจแบบอนุกรมสำหรับวัณโรคและไมโคแบคทีเรีย:

หมายเลขสินค้า	ชื่อผลิตภัณฑ์	เนื้อหาการทดสอบผลิตภัณฑ์	ประเภทตัวอย่าง	รุ่นที่ใช้ได้
เอชดับบลิวทีเอส-3012	ตัวอย่างสารปลดปล่อย	ใช้ในการบำบัดตัวอย่างเสมหะให้เป็นของเหลว ได้รับหมายเลขบันทึกชั้นหนึ่ง Sutong Machinery Equipment 20230047	เสมหะ
HWTS-NGS-P00021	ชุดตรวจปริมาณ Qualcomm สำหรับวัณโรคที่ไวเกิน (วิธีการจับโพรบ)	การตรวจหาภาวะไวเกินแบบไม่รุกราน (การตรวจชิ้นเนื้อด้วยของเหลว) สำหรับวัณโรคปอดที่ผลเป็นลบและปุ่มเนื้อในสมอง ตัวอย่างของผู้ที่ต้องสงสัยว่าติดเชื้อวัณโรคหรือไมโคแบคทีเรียมที่ไม่ใช่วัณโรค ได้รับการวิเคราะห์โดยใช้เมตาจีโนมิกส์การจัดลำดับเชิงลึก และให้ข้อมูลการตรวจหาว่าติดเชื้อวัณโรคหรือไมโคแบคทีเรียมที่ไม่ใช่วัณโรคหรือไม่ รวมถึงข้อมูลการดื้อยาหลักในแนวหน้าของเชื้อไมโคแบคทีเรียม วัณโรค	เลือดส่วนปลาย น้ำล้างถุงลม ภาวะโป่งพองบริเวณทรวงอกและอาการบวมน้ำ ตัวอย่างการเจาะโฟกัส น้ำไขสันหลัง	รุ่นที่สอง
HWTS-NGS-T001	ชุดตรวจหาการพิมพ์และความต้านทานยาของไมโคแบคทีเรียม (วิธีการจัดลำดับการขยายแบบมัลติเพล็กซ์)	การทดสอบการพิมพ์ไมโคแบคทีเรียม รวมถึง MTBC และ 187 NTM-การตรวจหาเชื้อวัณโรคดื้อยาครอบคลุมยา 13 ชนิดและตำแหน่งกลายพันธุ์หลักของยีนดื้อยา 16 แห่ง	เสมหะ น้ำล้างถุงลม ภาวะโป่งพองบริเวณทรวงอกและท้องมาน ตัวอย่างการเจาะโฟกัส น้ำไขสันหลัง	แพลตฟอร์มคู่รุ่นที่สอง/สาม

ไฮไลท์: ชุดตรวจหาการพิมพ์และความต้านทานยา Mycobacterium HWTS-NGS-T001 (วิธีการขยายสัญญาณแบบมัลติเพล็กซ์)

การแนะนำผลิตภัณฑ์

ผลิตภัณฑ์นี้ใช้ยาหลักในกลุ่มแรกและกลุ่มที่สองตามที่อธิบายไว้ในแนวทางการรักษา TB ของ WHO เป็นหลัก แมโครไลด์และอะมิโนไกลโคไซด์ที่ใช้กันทั่วไปในแนวทางการรักษา NTM และไซต์ที่ดื้อยาครอบคลุมกลุ่มไซต์ที่เกี่ยวข้องกับการดื้อยาทั้งหมดในรายการไซต์ที่กลายพันธุ์ของ Mycobacterium tuberculosis complex ของ WHO รวมไปถึงยีนที่ดื้อยาและไซต์กลายพันธุ์อื่นๆ ที่รายงานไว้ตามการสืบสวนและสถิติของเอกสารที่มีคะแนนสูงในประเทศและต่างประเทศ

การระบุชนิดโดยการพิมพ์นั้นอิงตามสายพันธุ์ของ NTM ที่สรุปไว้ในแนวทาง NTM ที่ตีพิมพ์ในวารสารวัณโรคและโรคทางเดินหายใจของจีน และความเห็นพ้องของผู้เชี่ยวชาญ ไพรเมอร์สำหรับการพิมพ์ที่ออกแบบมานี้สามารถขยาย เรียงลำดับ และอธิบายเพิ่มเติมเกี่ยวกับสายพันธุ์ของ NTM ได้มากกว่า 190 สายพันธุ์

ด้วยเทคโนโลยีการขยายสัญญาณแบบมัลติเพล็กซ์พีซีอาร์แบบกำหนดเป้าหมาย ยีนที่ใช้สร้างจีโนไทป์และยีนดื้อยาของเชื้อไมโคแบคทีเรียมจะถูกเพิ่มจำนวนขึ้นด้วยมัลติเพล็กซ์พีซีอาร์ และได้แอมพลิคอนคอมโบของยีนเป้าหมายที่ต้องการตรวจหา ผลิตภัณฑ์ที่เพิ่มจำนวนขึ้นสามารถสร้างเป็นไลบรารีการจัดลำดับยีนรุ่นที่สองหรือรุ่นที่สามที่มีปริมาณงานสูง และแพลตฟอร์มการจัดลำดับยีนรุ่นที่สองและรุ่นที่สามทั้งหมดสามารถนำไปจัดลำดับแบบเจาะลึกเพื่อให้ได้ข้อมูลลำดับยีนเป้าหมาย เมื่อเปรียบเทียบกับการกลายพันธุ์ที่ทราบแล้วในฐานข้อมูลอ้างอิงในตัว (รวมถึงรายการการกลายพันธุ์ของเชื้อไมโคแบคทีเรียม ทูเบอร์คูโลซิส คอมเพล็กซ์ขององค์การอนามัยโลก และความสัมพันธ์กับการดื้อยา) จะสามารถระบุการกลายพันธุ์ที่เกี่ยวข้องกับการดื้อยาหรือความไวต่อยาต้านวัณโรคได้ เมื่อใช้ร่วมกับสารละลายบำบัดตัวอย่างเสมหะที่เปิดเองของ Macro & Micro-Test ปัญหาประสิทธิภาพการขยายกรดนิวคลีอิกต่ำของตัวอย่างเสมหะทางคลินิก (สูงกว่าวิธีการดั้งเดิมถึง 10 เท่า) ได้รับการแก้ไข ทำให้สามารถนำการตรวจจับลำดับการดื้อยาไปใช้กับตัวอย่างเสมหะทางคลินิกได้โดยตรง

ระยะการตรวจจับผลิตภัณฑ์

34ยีนที่เกี่ยวข้องกับการดื้อยาของ18ยาต้านวัณโรคและ6ตรวจพบยา NTM ครอบคลุม297แหล่งดื้อยา เชื้อวัณโรค 10 ชนิด และมากกว่า190ตรวจพบ NTM หลายประเภท

ตารางที่ 1: ข้อมูลยา 18+6 +190+NTM

ข้อได้เปรียบของผลิตภัณฑ์

ความสามารถในการปรับตัวทางคลินิกที่แข็งแกร่ง: สามารถตรวจพบตัวอย่างเสมหะได้โดยตรงด้วยสารทำให้เหลวโดยไม่ต้องเพาะเชื้อ

การดำเนินการทดลองนั้นง่ายมาก: การขยายเสียงรอบแรกนั้นง่ายมาก และการสร้างห้องสมุดก็เสร็จสิ้นภายใน 3 ชั่วโมง ซึ่งช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในการทำงาน

การพิมพ์ที่ครอบคลุมและการดื้อยา: ครอบคลุมบริเวณการพิมพ์และการดื้อยาของ MTB และ NTM ซึ่งเป็นจุดสำคัญที่น่ากังวลทางคลินิก การตรวจจับการพิมพ์และการดื้อยาที่แม่นยำ ซอฟต์แวร์วิเคราะห์อิสระที่รองรับ และสร้างรายงานการวิเคราะห์ด้วยการคลิกเพียงครั้งเดียว

ความเข้ากันได้: ความเข้ากันได้ของผลิตภัณฑ์ ปรับให้เข้ากับแพลตฟอร์ม ILM และ MGI/ONT หลัก

ข้อมูลจำเพาะผลิตภัณฑ์

รหัสสินค้า	ชื่อผลิตภัณฑ์	แพลตฟอร์มการตรวจจับ	ข้อมูลจำเพาะ
HWTS-NGS-T001	ชุดตรวจหาการพิมพ์และความต้านทานยาของไมโคแบคทีเรียม (วิธีการขยายสัญญาณแบบมัลติเพล็กซ์)	ONT、อิลูมินา、MGI、ซาลัสโปร	16/96rxn