ハンドスピナーの原理を使った尿路感染症検出器を開発――無電源で病原体を検出、同定する

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蔚山科学技術大学校の研究グループは、ハンドスピナーの原理を応用して、手動で尿路感染症の診断と抗菌薬感受性検査を高感度かつ迅速に行える手法を開発した。研究成果は、『Nature Biomedical Engineering』誌に2020年5月18日付で掲載されている。

患者のそばで臨床検査や診断をするポイントオブケアのための装置は、その場で正確かつ迅速に診断できることが必要だ。特に、電源や医療スタッフが不足しているような限られた環境で使用するためには、安価で、操作が容易で、丈夫で、シンプルな装置でなければならない。

今回研究グループは、おもちゃのハンドスピナーにヒントを得て、1mlの尿原液を5分でろ過できる診断用ハンドスピナー(Dx-FS)を開発した。手動で1~2回転させるだけで100倍に濃縮でき、細胞培養することなく肉眼で病原体を検出、同定できる。

Dx-FSが目詰まりすることなく素早く病原体を濃縮できるポイントは、研究グループがこれまでに開発した流体介在分離技術(the fluid-assisted separation technology:FAST)にある。ヒトの血液から循環腫瘍細胞を分離するために開発したFASTは、膜全体で均一なろ過が可能であり、流体力学的抵抗が大幅に低減される。

韓国の農村部における尿路感染症の診断には、経験的な抗生物質の処方や、検査機関への尿の輸送、尿検査、培養などを含めて約1週間かかっているという。症状のみに基づいた診断は、抗生物質の過剰使用や誤用につながっている。

研究グループは、Dx-FSが実際に機能するかを調べるために、インドの病院と共同で尿路感染症の疑いがある39人の尿を検査した。その結果、Dx-FSと症状に基づいた診断を組み合わせることで、50分以内に抗菌薬が必要な患者を特定できた。

また、韓国の尿路感染症患者30人から分離した菌株に対して、Dx-FSを使用して抗菌薬2種類の迅速抗菌感受性試験を行ったところ、2時間以内に試験は完了し、精度は100%だった。

材料費50セント以下と安価で携帯性があり電力を必要としないDx-FSは、資源が乏しい環境下でも、尿中の病原体を迅速に濃縮、検出するためのポイントオブケア検査として利用できる可能性がある。

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