瘧疾作為全球性的公共衛(wèi)生問題，其快速、準(zhǔn)確的診斷對(duì)于控制疫情和改善患者預(yù)后至關(guān)重要。然而，目前的瘧疾診斷方法存在諸多局限性，如需要侵入性采血、檢測(cè)靈敏度不足以及快速檢測(cè)方法易受抗原缺失影響等。因此，開發(fā)一種非侵入性、高靈敏度且能夠快速檢測(cè)瘧疾感染的新技術(shù)迫在眉睫。

近年來，光聲成像技術(shù)的興起為解決這一難題帶來了新的希望。該技術(shù)結(jié)合了光學(xué)成像的高對(duì)比度和超聲成像的深穿透能力，能夠在不使用對(duì)比劑的情況下實(shí)現(xiàn)對(duì)生物組織內(nèi)部結(jié)構(gòu)和功能的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。在瘧疾檢測(cè)領(lǐng)域，光聲成像技術(shù)展現(xiàn)出了巨大的應(yīng)用潛力，有望為瘧疾的早期診斷和治療效果評(píng)估提供一種全新的手段。

研究背景與技術(shù)挑戰(zhàn)
瘧疾是由瘧原蟲感染引起的寄生蟲病，主要通過受感染的按蚊叮咬傳播給人類。盡管近年來在瘧疾防控方面取得了一定進(jìn)展，但由于耐藥性瘧原蟲的出現(xiàn)以及診斷和治療方法的局限性，瘧疾的發(fā)病率和死亡率仍然居高不下。傳統(tǒng)的瘧疾診斷方法主要包括顯微鏡檢查、快速診斷測(cè)試（RDT）和聚合酶鏈反應(yīng)（PCR）等。顯微鏡檢查雖然被認(rèn)為是金標(biāo)準(zhǔn)，但需要專業(yè)的技術(shù)人員和設(shè)備，且靈敏度較低；RDT操作簡(jiǎn)便，但易受瘧原蟲抗原缺失的影響，導(dǎo)致假陰性結(jié)果；PCR雖然靈敏度和特異性較高，但需要復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)室條件和較長(zhǎng)的檢測(cè)時(shí)間，難以在資源有限的地區(qū)廣泛應(yīng)用。此外，這些方法大多需要采集血液樣本，對(duì)于患者來說具有侵入性，且無法實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)瘧疾感染的變化。

技術(shù)創(chuàng)新與應(yīng)用
為克服現(xiàn)有瘧疾診斷方法的局限性，研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地開發(fā)了一種基于光聲流式細(xì)胞術(shù)設(shè)備——Cytophone。該設(shè)備利用高脈沖率激光和聚焦超聲換能器陣列，通過檢測(cè)瘧原蟲感染紅細(xì)胞（iRBCs）中特有的瘧原色素（Hz）的光學(xué)吸收特性，實(shí)現(xiàn)對(duì)瘧疾感染的非侵入性檢測(cè)。光聲流式細(xì)胞術(shù)工作原理是：當(dāng)激光脈沖照射到含有iRBCs的血管時(shí)，Hz會(huì)吸收激光能量并產(chǎn)生熱聲效應(yīng)，進(jìn)而生成可被超聲換能器檢測(cè)到的光聲信號(hào)。這些信號(hào)經(jīng)過處理和分析，可以確定iRBCs的存在及其數(shù)量。

與傳統(tǒng)方法相比，光聲流式細(xì)胞技術(shù)設(shè)備具有以下顯著優(yōu)勢(shì)：一是非侵入性，無需采集血液樣本，減少了患者的痛苦和感染風(fēng)險(xiǎn)；二是高靈敏度，能夠檢測(cè)到極低密度的iRBCs，有助于發(fā)現(xiàn)無癥狀感染和早期診斷；三是快速檢測(cè)，可在短時(shí)間內(nèi)完成檢測(cè)，適合現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用；四是無需對(duì)比劑或試劑，簡(jiǎn)化了操作流程，降低了成本。此外，光聲流式細(xì)胞技術(shù)設(shè)備還能夠同時(shí)檢測(cè)多種瘧原蟲物種，為瘧疾的精準(zhǔn)診斷和治療提供了有力支持。

成像實(shí)驗(yàn)與結(jié)果分析
安全性與適用性驗(yàn)證
在喀麥隆雅溫得進(jìn)行的臨床試驗(yàn)中，研究人員評(píng)估Cytophone在瘧疾檢測(cè)中的性能和安全性。研究共納入了38名受試者，其中包括10名用于安全性和設(shè)備優(yōu)化的橫斷面隊(duì)列，以及20名用于性能評(píng)估的縱向隊(duì)列。在檢測(cè)過程中未引起明顯的皮膚刺激或其他不良反應(yīng)，證明了其在實(shí)際應(yīng)用中的安全性和可接受性。

總結(jié)與展望
Cytophone通過光聲流式細(xì)胞術(shù)的創(chuàng)新融合，首次實(shí)現(xiàn)了瘧疾的無創(chuàng)活體診斷。其核心價(jià)值體現(xiàn)在三個(gè)方面：診斷靈敏度提升（理論檢測(cè)限達(dá)0.001%寄生蟲血癥）、操作流程革新（無需采血和試劑）、以及場(chǎng)景適應(yīng)性突破（適合野外移動(dòng)篩查）。臨床數(shù)據(jù)證實(shí)，該技術(shù)對(duì)無癥狀感染和抗瘧治療監(jiān)測(cè)具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。未來，隨著技術(shù)的進(jìn)一步優(yōu)化和成本的降低，Cytophone有望在更多的醫(yī)療機(jī)構(gòu)和資源有限的地區(qū)得到廣泛應(yīng)用，從而改善瘧疾的診斷和治療效果，降低疾病負(fù)擔(dān)。然而，目前的研究也存在一些局限性，例如樣本量相對(duì)較小、檢測(cè)設(shè)備的便攜性和易用性有待提高等。未來的研究應(yīng)進(jìn)一步擴(kuò)大樣本量，優(yōu)化設(shè)備設(shè)計(jì)，提高其適應(yīng)性和可及性，同時(shí)探索其在其他寄生蟲病檢測(cè)中的應(yīng)用價(jià)值，為全球公共衛(wèi)生事業(yè)做出更大的貢獻(xiàn)。

論文信息
聲明：本文僅用作學(xué)術(shù)目的。
Yadem AC, Armstrong JN, Sarimollaoglu M, Kiki Massa C, Ndifo JM, Menyaev YA, Mbe A, Richards K, Wade M, Zeng Y, Chen R, Zhou Q, Meten E, Ntone R, Tchuedji YLGN, Ullah S, Galanzha EI, Eteki L, Gonsu HK, Biris A, Suen JY, Boum Y 2nd, Zharov VP, Parikh S. Noninvasive in vivo photoacoustic detection of malaria with Cytophone in Cameroon. Nat Commun. 2024 Oct 25;15(1):9228.

DOI:10.1038/s41467-024-53243-z.