尿路感染（UTIs）是全球高发的细菌感染性疾病，2019年病例数超过4亿，若未及时治疗，可能进展为败血症等严重并发症。传统抗菌药物敏感性检测（AST）流程繁琐，需两次过夜培养，耗时40-72小时，迫使临床医生依赖经验性用药，既可能导致无效治疗，也加剧抗生素耐药（AMR）问题。近年来虽有多种快速AST方法被开发，但多数依赖荧光染料、专用试剂或昂贵设备，检测范围和推广性均受限。因此，开发一种无标记、快速、低成本且与金标准BMD方法一致性高的AST技术，成为应对UTI诊疗滞后与优化抗生素管理的关键需求。

为此，Lucy J. Bock等人开发了iFAST（impedance-based Fast Antimicrobial Susceptibility Testing）平台。该方法基于单细胞阻抗细胞术，利用5 MHz与40 MHz频率下的电信号变化（如细胞计数、直径、相位与透明度），判断细菌对抗生素的敏感性。操作流程简洁：细菌经短时培养（2小时）调整浓度后，暴露于抗生素2小时，再通过微流控阻抗芯片快速读取单细胞电特性，与对照组对比分析，整个检测周期控制在5小时内，显著快于传统方法。iFAST检测流程保留了初始培养步骤，但通过缩短至两轮各2小时的处理与培养周期，配合快速单细胞电学检测，能在一个标准工作班次内完成药敏报告，具备较高的临床可操作性（图1）。在技术机制上，iFAST利用单细胞阻抗细胞术，可检测细菌在5 MHz和40 MHz频率下的电特性参数变化（如细胞直径、相位、透明度等），实现无标记、非染色、快速的抗生素作用响应分析。在实验中，敏感菌株暴露于抗生素后，会在散点图中表现出显著的细胞计数减少、电直径缩小或相位漂移等电学变化；而耐药菌株则基本保持与对照组一致的分布（图2）。这些可视化的细胞行为差异，为准确判断药敏性提供了直观依据，也验证了该平台在单细胞水平上揭示细菌表型响应的潜力。

在系统性能验证方面，研究团队选取了58株泌尿致病性菌株（36株大肠杆菌，22株肺炎克雷伯菌），对8种一线UTI常用抗生素进行iFAST检测，并与金标准BMD结果进行比对。通过构建ROC曲线（图3），在剔除MIC处于断点±1稀释倍范围内的菌株后，iFAST在所有抗生素上均实现了100%的敏感性与特异性。其中，细胞计数变化被证实为最鲁棒的分类指标，配合其他如相位和直径参数，进一步增强了整体判别能力。在此基础上，研究还进一步探索了iFAST在电学最小抑菌浓度（electrical MIC, eMIC）判定中的可行性。通过在多个抗生素浓度梯度下进行阻抗测量，结果发现，部分敏感菌株在亚MIC浓度下即出现了明显的电学响应变化，如电直径减小、相位偏移等，而耐药菌株则无显著变化。此外，不同抗生素诱导的电学响应特征也呈现类别差异：如β-内酰胺类常引起细胞体积变化，氟喹诺酮类则诱导相位变化，氨基糖苷类仅表现为细胞数下降（图4）。这些现象表明，iFAST不仅可用于传统的敏/耐判断，还可能揭示抗生素的作用机制及耐药策略的生物物理基础。

总的来说，iFAST技术的最大亮点在于其“无标签、快检测、多指标、高自动化”的特性。相比市面上一些依赖染料标记、荧光信号或复杂光学设备的快检方法，iFAST仅需常规培养基、标准抗生素与微电极芯片即可完成检测，极大地降低了试剂成本与设备依赖，具备良好的推广潜力。此外，这种方法不仅能够实现快速判断“敏感”或“耐药”，还可以在抗生素作用初期（甚至在亚MIC浓度下）捕捉细胞生理变化，为理解不同抗生素的作用机制和细菌的应答模式提供了全新视角。iFAST不仅是一项技术创新，更有望成为抗生素时代后期实现快速、精准、普惠药敏检测的关键突破。未来若在更多细菌种类、抗生素类别及临床样本中验证其一致性和稳定性，将有望推动其进入标准临床实践流程，为全球抗菌治疗与AMR控制作出积极贡献。

图1  英国某大型地区医院针对UTIs样本的AST分析诊断流程、实验室iFAST方案以及临床评估iFAST方案的比较

图2  （a）未暴露于抗生素的肺炎克雷伯菌（NCTC 13368）的阻抗散点图，同时包含用于标准化的2 µm聚苯乙烯微珠。x轴为5 MHz频率下测量的阻抗立方根（与直径成比例），y轴分别为电学不透明度（40 MHz与5 MHz频率下的阻抗比）和电学相位（40 MHz高频未归一化值），二者均反映细胞膜的电学特性。（b）大肠杆菌和肺炎克雷伯菌暴露于8种抗生素断点浓度2小时后的散点图。散点图可清晰区分敏感菌株和耐药菌株：敏感菌株的细胞数量较对照显著减少，而耐药菌株的细胞数量和位置变化极小。例如，菌株NCTC 13476对除硝基呋喃妥因（NIT）外的所有抗生素均耐药，其他四株菌对部分或全部抗生素敏感。这表明iFAST可以通过细胞计数的变化来判断菌株的敏感性。

图3  iFAST与BMD方法针对大肠杆菌和肺炎克雷伯菌及8种抗生素的ROC曲线对比。结果中，剔除了MIC在2倍变异范围内的样本，以排除由于BMD方法固有变异可能导致的误判。在NIT的ROC曲线图中，仅测试了大肠杆菌。以细胞计数占对照百分比为指标，8种抗生素检测均达100%一致性。这表明iFAST方法在实验室环境中具有很高的准确性。

图4  （a）大肠杆菌NCTC 12923暴露于亚MIC浓度硝基呋喃妥因时，细胞计数、直径和相位均有变化，表明细胞对低浓度抗生素有反应。（b）大肠杆菌NCTC 12923的NIT适应株（NIT 64 P10）在亚MIC浓度下，细胞计数减少但直径和相位无变化，而在MIC时直径降至低于未暴露细胞，表明该菌株对硝基呋喃妥因有适应性。（c）大肠杆菌和肺炎克雷伯均能对各类抗生素（β-内酰胺类、喹诺酮类等）在亚MIC和超MIC水平的响应，显示细胞膜等生物物理变化。例如，阿莫西林暴露后细胞计数减少且直径增加，这反映了抗生素对细胞膜的直接影响。这些变化可以用来进一步理解抗生素的作用机制和耐药机制。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.jinf.2025.106549