檢測呼氣中的生物標記

如果醫學檢測不用驗血、驗尿等繁雜的手續,只要呼一口氣,是不是方便多了呢?現行警察對酒駕嫌疑人的量測方法,就是請駕駛呼一口氣,然後看呼出氣體內的酒精濃度。檢測酒駕的例子,「酒精濃度」就是要從呼出來的氣體,量測的目標。以同樣的方式來量測其他疾病,同樣要確定量測的目標,是什麼?也就是所謂的「生物標記」(biomarker)。然後,這樣的生物標記,可以在受測者呼出的氣體中量測的到。要用來檢測疾病,這種生物標記的量測,更必須有它的特殊性和重複性。簡單說,就是很確定它是某個疾病的指標,而且能夠反覆、穩定的被檢測到。

未來,只要呼吸就能檢測疾病嗎?
未來,只要呼吸就能檢測疾病嗎? Credit: just breathe by [email protected] CC BY-SA 2.0

合成的生物標記

醫學用檢測試劑的開發,常常就是一連串生物或化學反應的科學呈現。有的科學家致力於這裡所謂一連串反應的研究,有的則致力於怎麼用方便也快速的方式,準確將這些反應呈現,進而商品化。隨著 COVID-19帶來的一連串問題,人們開始更著重思考怎麼讓檢測能夠快速、簡單。生物體因為新陳代謝等生理反應改變,的確可以反應出不同的疾病。有的時候我們從身旁人的口氣,都大概可以感受出差異。生醫人網摘之前也報導過用呼氣來檢測癌症。但是,如果要檢測的標的物,無法在呼氣時直接呼出來,進而被檢測到,該怎麼做?能夠產生「合成的生物標記 」(synthetic biomarker)嗎?

導入奈米顆粒,反應釋放氣體

所謂的「合成的生物標記」,意指這些生物標記不是源產於生物體。MIT News近日的一項研究成果,就是開發方法檢測合成的生物標記。研究員以客製、含有胜肽的奈米顆粒,注入受測者的氣管;奈米顆粒進入肺部後,遇到目標檢測疾病所特有的蛋白酶,奈米顆粒上的胜肽被劈開,末端帶揮發性的分子 釋放,氫氟氨類(hydrofluoroamines)隨呼氣呼出。研究員以小鼠進行動物實驗,成功地檢測綠膿桿菌(Pseudomonas aeruginosa)導致的肺炎和alpha-1 抗胰蛋白酶缺乏的遺傳性疾病; 這兩種疾病,啟動免疫細胞,產生嗜中性粒細胞彈性蛋白酶 (neutrophil elastase),遇到注入的奈米顆粒,釋放奈米顆粒上的氣體,成功以質譜儀檢測。

更優的試劑導入和標記感測

這個研究,建立了前述檢測試劑開發,一連串生物和化學反應的部分。然而,科學家對注入奈米顆粒和偵測氣體成份的方式,仍不滿意。希望進一步能夠用吸氣的方式,讓受測者吸入奈米顆粒;反應十分鐘後,受測者對著一鏡子呼氣,就能偵測出是否有釋放出的氣體。

看完以上研究的介紹,有什麼想法?近幾年,產業界興起對體外診斷系統(In Vitro Diagnostic System)的開發,不乏電子業轉型,積極涉獵體外診斷系統的相關產品。以上這個檢測系統,生物和化學反應先在生物體內發生,有別於傳統的體外診斷方式,但希望能帶來更多檢測產品開發上的啟發。期待有更多的應用能以產品呈現,未來這類的檢測,都能像呼吸一般自然、簡單。

文章參考:MIT News 
圖片來源:just breathe by chintermeyer@flickerCC BY-SA 2.0



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BioMeder

生醫人網摘的編輯。熱愛創新和用腦袋的事物,堅持文章一定要有邏輯性,藉由追蹤報導生醫領域的創新和應用來傳播知識。