應用力學所陳建甫老師主持之研究團隊,開發出應用於人工關節感染臨床診斷之多工側層流分析試片(multiplex lateral flow immunoassay;mLFIA),研究成果獲選於 Springer Nature出版社於其 Protocols and Methods Community報導。

關節受損之患者需要置換人工關節舒緩其疼痛症狀、增加活動能力、進一步恢復關節功能來改善生活質量。一般而言,這些手術是安全且有效的,然而,人工關節感染(prosthetic joint infection)仍是髖關節修正術和膝關節置換最常見之併發症,一旦錯估早期人工關節感染,則容易使術後產生諸多不良併發症。

目前有許多檢測方法可以幫助識別可能的感染,然而,黃金標準之細胞培養法需要較長之檢測時間,因此可能造成感染無法立即診斷並加以正確用藥。測流式免疫測定法(lateral flow immunoassay;LFIA)由於具備簡單操作、快速獲得結果和低成本之特點,所以成為定點照護(point-of-care testing)診斷領域主要技術開發平臺之一,其主要由多層試紙組裝而成,其中包含裝載樣品之樣品墊(sample pad)、預先載入修飾奈米金粒子修飾之偵測抗體的結合墊conjugate pad、塗布捕捉抗體之測試層test pad、以及控制流量之吸收墊absorbance pad。然而,通過LFIA檢測單一生物標誌物已被證明其會獲得較差之特異性與靈敏度,因此,對於單一疾病進行檢測其相關之多種生物標誌物被認為可有效提高診斷效率和準確性。

吾人之研究則採用由紙製成之mLFIA針對人工關節感染之指標alpha-defensin和C-reactive protein進行受測者骨關節液同步檢測,此外,為了沒有額外的檢測步驟或複雜的製造過程便能實現信號放大目的, 本研究於結合墊和測試層之間多添加一層紙,製造出堆疊結合墊之結構,提高延長抗體與抗原相互作用結合之機率,有效增加檢測靈敏度,最終成果證實我們可在20分鐘內,正確診斷出90%之人工關節感染病例。

此研究開發之系統具有快速、便宜、簡單、不需幫浦驅動之優勢,可有效輔助醫師於醫療過程中的治療行為與術後監測,此外,平臺可以進一步更換以及擴充偵測抗體組合,達到疾病快速有效篩選、檢測與監控之目的,預期此平臺將有效助於促進個人化醫療以及傳染病防治之發展。

本研究團隊感謝科技部,以及臺灣大學高教深耕計畫之經費支持。

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人工關節感染之典型X光片。(A)圖像沒有顯示感染,但傷口上的分泌物表明患者在全膝關節置換發生了感染症狀。(B)取出金屬人工關節,清除軟組織,置入臨時抗菌素骨水泥隔離片。(C)感染控制後再植入永久性全膝關節。

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mLFIA平臺之測試結果圖像。我們分析了T1與T2兩種不同感染相關之生物標誌物,圖中分別顯示了T2陽性和T1逐漸升高(A至C)以及T1陽性和T1 逐漸升高(D至G)的濃度。

陳建甫 臺灣大學應用力學研究所
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Protocols and Methods Community報導
https://bit.ly/335XyNa

Scientific Reports期刊全文
https://go.nature.com/2Xqs03a

 

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