新型“放射性糖”结合成像技术帮助快速追踪细菌感染

约翰霍普金斯大学(Johns Hopkins)的医学研究人员已经展示了一种放射性糖——结合广泛使用的成像技术——可以帮助医生快速检测和监测威胁人类的最大细菌病原体群的感染，从而使药物发挥更好的作用。

这种新的成像工具使用正电子发射断层扫描(通常被称为PET扫描)，可以无创地发现和追踪肠道微生物家族的危险感染，其中包括会导致食物中毒的大肠杆菌菌株，导致肺炎的克雷伯菌，对COVID-19虚弱患者构成严重威胁的SARS-CoV-2，以及鼠疫耶尔森菌，它是14世纪“黑死病”大流行的罪魁祸首，导致世界上75%的人口死亡。

肠杆菌也被美国疾病控制和预防中心标记为“紧急和严重的抗生素耐药性威胁”，因为它们经常突变为耐药菌株。

这种新的诊断工具发表在2021年4月14日《科学转化医学》(Science Translational Medicine)杂志上的一篇论文中。它是现有PET扫描技术(一种用于癌症等疾病成像的复杂3D可视化系统)与山梨糖醇(一种用于制造无糖食品的分子)创造性结合的产物。这种方法利用了革兰氏阴性细菌(一种细菌分类，基于它们对特定染色程序的抵抗，如肠杆菌)对山梨醇的喜爱，以及其他微生物、癌症和人类细胞不吸收它的事实。

“我们将一种现有的放射性显像示踪剂转化为一种同位素标记的山梨醇分子，在PET扫描时可以点亮体内的革兰氏阴性细菌簇，”该研究的通讯作者、医学博士、儿科教授Sanjay Jain说。

在之前的一项研究中，研究人员证明，使用他们的新型糖示踪剂——2-deoxy-2 [18F] fluoro-D-sorbitol (18F-FDS)——PET扫描可以成功检测到小鼠体内的肠杆菌感染。这次，研究小组进行了一项临床研究来评估18F-FDS PET技术的安全性和有效性。

共对31例患者进行了71次PET扫描，其中18例患者之前通过传统血液培养证实了肠杆菌感染。18F-FDS PET成像技术能够检测和定位人体多个部位的肠杆菌感染，并将其与其他细菌感染患者和癌症导致的感染样症状患者区分开来。

所有参与者都对示踪剂耐受良好，没有出现不良反应。

因为18F-FDS PET成像技术已经表明,它可以立即检测身体深处Enterobacterales肠杆菌目的存在,与实验室检测相比,这可能需要两到三天确认感染,研究人员认为他们的方法能发挥重要作用。

“在感染确诊之前使用广谱抗生素治疗疑似细菌感染，有时就像发射炮弹杀死苍蝇一样，”该研究的主要作者、约翰霍普金斯大学医学院儿科学助理教授 Alvaro Ordonez博士说。“虽然这种治疗在不明原因的严重感染患者中具有临床合理性，但它可能会促进细菌对药物的耐药性。迅速知道是哪种微生物引起了问题，可以让临床医生找到最适合这种细菌的抗生素，而我们的新成像系统可以发挥作用。”

研究人员还表示，18F-FDS PET成像技术也可以用于监测抗生素治疗的有效性，正如他们对13名肠杆菌感染的临床试验参与者所显示的那样。

Ordonez说:“我们在病人接受治疗前后都对他们进行了扫描。在那些由于耐药细菌的存在而反应不佳的患者中，18F-FDS信号在最后的扫描中仍然很高。相反，那些感染得到了有效治疗的患者的死亡率却下降了。”

Jain说，需要更大规模的临床试验来验证他的团队的最新研究结果。“然而，我们很高兴我们的数据支持18F-FDS PET作为一种可行的诊断和治疗监测工具的作用。”