抗生素耐药性（Antimicrobial Resistance, AMR）已成为全球公共卫生的重大威胁。AMR导致的感染是全球主要死亡原因之一，尤其在发展中国家负担最重。2021年，AMR感染估计导致约114万人死亡，与细菌耐药性相关的死亡总数达471万。抗生素的滥用和误用是AMR的主要驱动因素之一。抗生素敏感性测试（Antimicrobial Susceptibility Testing, AST）是应对AMR的重要手段。然而，传统的AST方法，如纸片扩散法、肉汤微量稀释法和E-test，存在操作繁琐、耗时长的局限性；而一些自动化系统（如VITEK 2和BD Phoenix）虽然缩短了检测时间，但其固定的抗生素面板限制了灵活性，仍无法完全满足临床快速诊断的需求。检测结果的延迟显著增加了患者的死亡率，尤其是在重症监护病房（ICU）中，快速准确的诊断对于改善患者预后至关重要。近年来，科研工作者致力于开发快速诊断技术以应对抗生素耐药性挑战。例如，拉曼光谱、质谱和基于流式细胞术的表型AST方法已被开发用于快速检测，但这些技术通常需要专业的设备、实验室空间和训练有素的人员。此外，单细胞水平的分析技术虽然能够显著缩短诊断时间，但面临着复杂的样品预处理、低检测通量和细菌异质性等挑战。基因型AST方法通过快速检测特定耐药基因来预测AMR，但它们无法直接提供抗生素敏感性谱。微流控技术作为一种新兴平台，展现出快速AST的潜力，但在自动化、可靠的样品装载和培养方面仍面临挑战。因此，开发快速、便捷、可靠的表型AST方法是当前的迫切需求。

基于这一背景，上海交通大学沈峰团队开发并验证了nd-SlipChip。该芯片通过简单的滑动操作生成含有细菌和不同浓度抗生素或噬菌体的微滴阵列，并通过显微镜监测细菌的生长情况，从而快速评估抗生素和噬菌体的活性。具体而言，研究团队设计了一种三步系统评估方法，以实现细菌感染的精准治疗：第一步，对常规抗生素进行敏感性评估；第二步，对联合抗生素的协同效应进行评估；第三步，对噬菌体的裂解活性进行评估。简单来说，对于临床分离株，nd-SlipChip能够在2小时内快速完成AST并获得结果，从而促进精准的抗生素选择。如果未能确定有效的抗生素治疗方案，可在额外2小时内进一步评估抗生素组合。在危及生命的耐多药细菌感染情况下，当缺乏合适的抗生素治疗时，噬菌体治疗可作为替代方案（图1）。

作为例证，作者首先利用nd-SlipChip测定了18株临床分离的革兰氏阴性菌（大肠杆菌（E. co）、肺炎克雷伯菌（K. pn）、鲍曼不动杆菌（A. ba））与革兰氏阳性菌（金黄色葡萄球菌（S. au）），针对常用抗生素的MIC值，并将其与肉汤稀释法（BMD）测定值进行比较。结果显示，nd-SlipChip与BMD的MIC值高度一致（87.5%），大多数结果完全匹配或仅有一倍差异，少数结果存在两倍或三倍差异。这一结果证明了nd-SlipChip的准确性和可靠性（图2）。进一步，作者利用3株多重耐药菌（K. pn D243、E. co D5214和A.ba D380）对组合抗生素疗法的抑制效果展开评估。同样地，nd-SlipChip在2小时内完成了抗生素组合的筛选，显著快于传统BMD方法（图3）。针对多重耐药菌，噬菌体疗法是一种潜在的干预手段。传统的噬菌体裂解活性评估方法（如双层平板法，DLA）耗时较长，通常需要数小时甚至更长时间。而nd-SlipChip能够在1小时内完成噬菌体裂解活性的评估，且与96孔板中的反应结果一致，表现出良好的裂解效果（图4）。

综上，本文开发的nd-SlipChip为快速、精准的细菌感染治疗提供了一种创新工具。它能够在2小时内完成AST和噬菌体裂解活性评估，显著缩短了检测时间，并提高了治疗效果。这一技术在对抗AMR方面展现出重要的临床应用前景。然而，研究中也存在一些局限性。例如，nd-SlipChip对高分辨率显微镜的依赖性限制了其在资源有限环境中的应用。此外，当前设计中梯度范围设定为8个，可能导致数据截断效应，与BMD相比，这种效应更为明显。在未来，或将就此2个方面展开深入研究，以使之能够推广入临床使用。

图1  nd-SlipChip的工作流程及其在细菌感染诊断和治疗中的应用。（A）nd-SlipChip指导的个性化诊断和治疗流程图。（B）基于常规AST和基于滑动芯片的快速AST的时间表比较。（C）nd-SlipChip 的结果示意图。

图2  利用临床分离株评价nd-SlipChip获取MIC值的准确性。（A）革兰氏阴性菌（大肠杆菌、肺炎克雷伯菌和鲍曼不动杆菌）对左氧氟沙星（LEV）、头孢他啶（CEF）、亚胺培南（IMI）和替加环素（TIG）的MIC值。（B）革兰氏阳性菌（金黄色葡萄球菌）对四环素（TET）、利福平（RIF）、呋喃妥因（NIT）和苯唑西林（OXA）的MIC值。图中蓝色区域表示细菌生长受到抑制（细菌数量减少50%），黑色方框标注的值为nd-SlipChip测定的MIC值。

图3  利用nd-SlipChip快速评估抗生素组合疗法对多重耐药菌株的抑制效果。采用阿米卡星、阿维巴坦、左氧氟沙星、美罗培南单独或联合头孢他啶（16 μg/mL）治疗三种多重耐药菌株：K.pn D243、E.co D5214和A.ba D380。

图4  在芯片和96孔板上评估噬菌体裂解活性。在nd-SlipChip（A）和96孔板上（B）利用A.ba D380评价单个噬菌体的裂解活性。在nd-SlipChip（C）和96孔板上（D）利用A.ba D380评价噬菌体组合的裂解活性。

 原文链接：https://doi.org/10.1016/j.bios.2024.117084