JP7460131B2 - Diagnostic equipment and programs - Google Patents
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- Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
Description
本発明は、診断装置、及び、プログラムに関する。 The present invention relates to a diagnostic device and a program.
菌血症は、血流中に細菌が存在する状態であり、ひ尿生殖器又は静脈内にカテーテルを留置したり、創傷を処置したりしたときに発生することがある細菌感染症である。なかでも敗血症は、急性循環不全により細胞障害及び代謝異常が重度となり、死亡率を増加させる可能性のある状態である「敗血症性ショック」を引き起こすことがある。 Bacteremia is the presence of bacteria in the bloodstream and is a bacterial infection that can occur after placement of urogenital or intravenous catheters or wound treatment. Sepsis can lead to septic shock, a condition in which acute circulatory failure causes severe cellular damage and metabolic abnormalities, potentially increasing mortality.
従来、市中発症の敗血症の患者には、大腸菌、黄色ブドウ球菌、及び、肺炎レンサ球菌を原因細菌と想定してβ-ラクタム系抗菌薬による抗菌化学療法が行われることが多かった。一方、院内発症の患者には、緑膿菌を含むグラム陰性桿菌、MRSA(メチシリン耐性黄色ブドウ球菌)等の多剤耐性グラム陽性球菌を原因細菌として想定して、β-ラクタム系抗菌薬と抗MRSA薬の併用治療が行われることがあった。 Traditionally, patients with community-onset sepsis have often been treated with antibacterial chemotherapy using β-lactam antibiotics, assuming that Escherichia coli, Staphylococcus aureus, and Streptococcus pneumoniae are the causative bacteria. On the other hand, patients with hospital-onset sepsis have sometimes been treated with a combination of β-lactam antibiotics and anti-MRSA drugs, assuming that gram-negative bacilli, including Pseudomonas aeruginosa, and multidrug-resistant gram-positive cocci, such as MRSA (methicillin-resistant Staphylococcus aureus), are the causative bacteria.
いずれの場合でも、早期の抗菌薬投与が死亡リスクを減少させると考えられており、血液検体等の培養による原発巣、及び、原因細菌の特定を待たずに抗菌化学療法が開始されることが多かった。 In either case, early administration of antibiotics is thought to reduce the risk of death, and antibacterial chemotherapy may be started without waiting for the primary tumor and causative bacteria to be identified by culturing blood samples, etc. There were many.
一方、原発巣によって異なる原因細菌が想定されるなかで、それらが早期に判明すれば、その感染臓器に移行性がよく、その原因細菌に対して効果のより高いと証明されている、より安価な抗菌薬を選択することができる。
そのため、敗血症の治療では、早期の抗菌化学療法を開始しつつ、並行して血液培養し、及び、推定される感染部位からその他の培養検体を採取して培養し、必要に応じて画像診断等を併用しながら原発巣、及び、原因細菌を同定し、de-escalation(経験的治療で開始された広域抗菌薬を、原因細菌の抗菌薬感受性が判明したのち可及的速やかに狭域・単剤の抗菌薬へと変更すること。医療費の増大や耐性菌の発生に対して有効と考えられている。)を含む治療の最適化が図られてきた。
On the other hand, it is assumed that the causative bacteria differ depending on the primary tumor, and if they are identified early, they can be easily transferred to the infected organs and are proven to be more effective against the causative bacteria. antibiotics can be selected.
Therefore, in the treatment of sepsis, antibacterial chemotherapy should be started early, blood culture should be carried out in parallel, other culture specimens should be collected and cultured from the presumed infected site, and image diagnosis should be carried out as necessary. The primary tumor and the causative bacteria are identified, and de-escalation (broad-spectrum antibiotics, which were started as empiric treatment, is replaced with narrow-spectrum and single-spectrum antibiotics as soon as possible after the antimicrobial susceptibility of the causative bacteria is determined). Efforts have been made to optimize treatments, including switching from antibacterial agents to antibacterial agents (which is thought to be effective against increasing medical costs and the emergence of resistant bacteria).
しかし、血液培養は結果が得られるまでに長期間(具体的には、数日間)を要し、より短時間のうちにde-escalationを実施するためには、より迅速に原因細菌を特定できる技術が求められてきた。 However, blood culture requires a long period of time (specifically, several days) to obtain results, and in order to perform de-escalation in a shorter time, the causative bacteria can be identified more quickly. Technology is required.
更に近年、血流感染において、従来の血液培養では正確な診断を行い得ない場合があることもわかってきている。
このようなケースとして、中心静脈カテーテル関連血流感染(central venous catheter-associated bloodstream infection:CVCA-BSI)が知られている。CVCA-BSIは、CVカテーテルの内側、及び/又は、外側に付着した細菌がバイオフィルムを形成するために引き起こされると考えられている。
Furthermore, in recent years, it has become clear that conventional blood culture may not be able to accurately diagnose bloodstream infections.
A known example of such a case is central venous catheter-associated bloodstream infection (CVCA-BSI). CVCA-BSI is thought to be caused by bacteria adhering to the inside and/or outside of a CV catheter forming a biofilm.
CVカテーテルの留置、及び、38℃以上の発熱等があった者について、血液、及び、カテーテル培養の両方ともが陰性であったにもかかわらず、カテーテルの外側の走査型電子顕微鏡観察でバイオフィルムの付着が確認された症例が非特許文献1に記載されている。 For those who had an indwelling CV catheter and had a fever of 38°C or higher, scanning electron microscopy of the outside of the catheter revealed a biofilm, even though both blood and catheter culture were negative. Non-patent document 1 describes a case in which adhesion of .
上記のように、バイオフィルムを形成した細菌が原因で血流感染を発症すると、従来の血液培養等では検知、及び、原因細菌の特定が難しい場合がある。
このようなバイオフィルムを形成した状態の細菌に由来する菌血症であっても、より高感度に検知し、原因細菌を同定できる新たな技術が求められている。
As described above, when a bloodstream infection occurs due to bacteria that have formed a biofilm, it may be difficult to detect and identify the causative bacteria using conventional blood cultures, etc.
There is a demand for new technology that can detect bacteremia caused by bacteria in such a biofilm state with higher sensitivity and identify the causative bacteria.
上記の事情に鑑み、本発明は、バイオフィルムを形成した状態の細菌に由来する菌血症であっても、その原因細菌を同定するための情報を提供できる装置を提供することを課題とする。また、本発明は、プログラムを提供することも課題とする。 In view of the above circumstances, an object of the present invention is to provide a device that can provide information for identifying the causative bacteria even if bacteremia is caused by bacteria that have formed a biofilm. . Another object of the present invention is to provide a program.
本発明者らは、上記課題を達成すべく鋭意検討した結果、以下の構成により上記課題を達成することができることを見出した。 As a result of extensive research into achieving the above object, the inventors have discovered that the above object can be achieved by the following configuration.
[1] 被験者の体液、分泌物、及び、尿からなる群より選択される少なくとも1種の対象物から分離され、細菌が産生する膜小胞を含有する検体に対して接触するよう配置された少なくとも2つの電極を有するバイオセンサの上記電極の電位を掃引した際のオンセット電位、及び、ピーク電位からなる群より選択される少なくとも一方の固有電位を測定する測定部と、上記細菌の種類と上記固有電位とを関連付ける基準データが格納された記憶部と、上記基準データと上記測定の結果とを比較して、上記膜小胞を産生した上記細菌を同定するための情報を提供する解析部と、を有する、診断装置。
[2] 上記電極の電位を掃引する方法が、得られる電流応答がピーク形状となる方法である、[1]に記載の診断装置。
[3] 上記記憶部に、更に、上記固有電位と、ピーク電流の大きさに対する上記検体中の上記膜小胞の含有量の相関関係と、を関連付ける第2の基準データが格納されている、[2]に記載の診断装置。
[4] 上記検体が、更に過酸化水素を含有し、上記測定部は、上記バイオセンサにリニアスイープボルタンメトリー法、又は、サイクリックボルタンメトリー法を適用する、[1]に記載の診断装置。
[5] 上記電極の電位を掃引する方法が、リニアスイープボルタンメトリー法、サイクリックボルタンメトリー法、矩形波ボルタンメトリー法、及び、微分パルスボルタンメトリー法からなる群より選択される少なくとも1種の方法である、[1]に記載の診断装置。
[6] 上記対象物が、血液、体腔液、及び、尿からなる群より選択される少なくとも1種である、[1]~[5]のいずれかに記載の診断装置。
[7] 上記対象物が血液である、[1]~[6]のいずれかに記載の診断装置。
[8] 上記バイオセンサが、基材と、上記基材上に配置された上記電極とを有する[1]~[7]のいずれかに記載の診断装置。
[9] 上記細菌が、敗血症、及び、カテーテル関連血流感染症からなる群より選択される少なくとも一方の疾病の原因細菌である、[1]~[8]のいずれかに記載の診断装置。
[10] 上記細菌が、カテーテル関連血流感染症の原因細菌である、[1]~[9]のいずれかに記載の診断装置。
[11] コンピュータに、被験者の体液、分泌物、及び、尿からなる群より選択される少なくとも1種の対象物から分離され、細菌が産生する膜小胞を含有する検体に対して接触するよう配置された少なくとも2つの電極を有するバイオセンサの上記電極の電位を掃引した際の、オンセット電位、及び、ピーク電位からなる群より選択される少なくとも一方の固有電位を測定する段階と、上記細菌の種類と上記固有電位とを関連付ける基準データと上記測定の結果とを比較して、上記膜小胞を産生した上記細菌を同定するための情報を提供する段階と、を実行させるプログラム。
[12] 上記電極の電位を掃引する方法が、得られる電流応答がピーク形状となる方法である、[10]に記載のプログラム。
[13] 上記固有電位と、ピーク電流の大きさに対する検体中の膜小胞の含有量の相関関係と、を関連付ける第2の基準データを参照して、上記検体のピーク電流の測定結果から、上記検体中の膜小胞の含有量を判断するための情報を提供する段階と、を実行させる[12]に記載のプログラム。
[1] Isolated from at least one object selected from the group consisting of body fluids, secretions, and urine of the subject and placed in contact with the specimen containing membrane vesicles produced by bacteria. a measurement unit that measures at least one characteristic potential selected from the group consisting of an onset potential and a peak potential when sweeping the potential of the electrode of a biosensor having at least two electrodes; a storage unit that stores reference data that associates the specific potential with the above-mentioned specific potential; and an analysis unit that compares the reference data with the measurement results and provides information for identifying the bacteria that produced the membrane vesicles. A diagnostic device comprising:
[2] The diagnostic device according to [1], wherein the method of sweeping the potential of the electrode is such that the obtained current response has a peak shape.
[3] The storage unit further stores second reference data that associates the specific potential with a correlation between the content of the membrane vesicles in the specimen and the magnitude of the peak current. The diagnostic device according to [2].
[4] The diagnostic device according to [1], wherein the specimen further contains hydrogen peroxide, and the measurement unit applies a linear sweep voltammetry method or a cyclic voltammetry method to the biosensor.
[5] The method for sweeping the potential of the electrode is at least one method selected from the group consisting of linear sweep voltammetry, cyclic voltammetry, square wave voltammetry, and differential pulse voltammetry. 1].
[6] The diagnostic device according to any one of [1] to [5], wherein the object is at least one selected from the group consisting of blood, body cavity fluid, and urine.
[7] The diagnostic device according to any one of [1] to [6], wherein the target object is blood.
[8] The diagnostic device according to any one of [1] to [7], wherein the biosensor includes a base material and the electrode arranged on the base material.
[9] The diagnostic device according to any one of [1] to [8], wherein the bacterium is a causative bacterium of at least one disease selected from the group consisting of sepsis and catheter-related bloodstream infection.
[10] The diagnostic device according to any one of [1] to [9], wherein the bacterium is a causative bacterium of catheter-related bloodstream infection.
[11] A computer is instructed to contact a specimen containing membrane vesicles produced by bacteria and separated from at least one object selected from the group consisting of body fluids, secretions, and urine of the subject. measuring at least one characteristic potential selected from the group consisting of an onset potential and a peak potential when sweeping the potential of the electrode of a biosensor having at least two arranged electrodes; providing information for identifying the bacteria that produced the membrane vesicles by comparing the results of the measurement with reference data that associates the type of membrane vesicles with the specific potential;
[12] The program according to [10], wherein the method of sweeping the potential of the electrode is such that the obtained current response has a peak shape.
[13] From the measurement results of the peak current of the specimen with reference to second reference data that associates the characteristic potential with the correlation of the content of membrane vesicles in the specimen with respect to the magnitude of the peak current, The program according to [12], which executes the step of providing information for determining the content of membrane vesicles in the specimen.
本発明によれば、バイオフィルムを形成した状態の細菌に由来する菌血症であっても、その原因細菌を同定するための情報を提供できる装置が提供できる。また、本発明によれば、プログラムも提供できる。 According to the present invention, it is possible to provide an apparatus that can provide information for identifying the causative bacteria even if bacteremia is caused by bacteria that have formed a biofilm. Further, according to the present invention, a program can also be provided.
以下、本発明について詳細に説明する。
以下に記載する構成要件の説明は、本発明の代表的な実施形態に基づいてなされることがあるが、本発明はそのような実施形態に制限されるものではない。
なお、本明細書において、「~」を用いて表される数値範囲は、「~」の前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む範囲を意味する。
The present invention will be described in detail below.
The following description of the components may be based on a representative embodiment of the present invention, but the present invention is not limited to such an embodiment.
In this specification, a numerical range expressed using "to" means a range that includes the numerical values before and after "to" as the lower and upper limits.
(用語の定義)
本明細書において、「被験者」とは、小児及び成人の菌血症患者(児)、並びに、その疑いのある患者(児)、又は、健常者(児)を意味し、一例として、病棟及び/又は外来で医師の診断を受けようとする人が挙げられる。
(Definition of terms)
As used herein, "subject" refers to pediatric and adult bacteremia patients (children), suspected patients (children), or healthy subjects (children), including, for example, wards and /Or people who seek outpatient diagnosis by a doctor.
また、本明細書において、「体液」とは、生体内の組織間、体腔内、及び、循環系を満たす液体を意味し、典型的には、血液、リンパ液、組織液、及び、体腔液(胸水、腹水、髄液、及び、関節液等)等が挙げられ、なかでも、無菌であることが通常であるものが好ましく、血液、又は、体腔液がより好ましい。
また、本明細書において、「分泌物」とは、咽頭分泌物、鼻腔分泌物、及び、喀痰等を意味する。
In addition, in this specification, "body fluid" means a liquid that fills between tissues, within body cavities, and the circulatory system in a living body, and typically includes blood, lymphatic fluid, tissue fluid, and body cavity fluid (pleural fluid, ascites, cerebrospinal fluid, synovial fluid, etc.), etc., of which those that are usually sterile are preferred, and blood or body cavity fluid is more preferred.
In addition, in this specification, "secretion" means pharyngeal secretions, nasal secretions, sputum, and the like.
また、本明細書において、「膜小胞(membrane vesicle;MV)」とは、細菌の外膜が出芽のような形式で外側に隆起して、袋状の塊となって細胞外に放出される自然の細胞機能に由来するものを意味し、「リポソーム」とは異なる。なお、本明細書において、グラム陰性細菌の外膜から放出されるMVを特に外膜小胞(outer membrane vesicle;OMV)という場合がある。MVの放出は、様々な細菌において確認されており、一般に、原核生物全体に共通する現象と考えられている。 In addition, in this specification, "membrane vesicles (MV)" refer to those derived from a natural cell function in which the outer membrane of a bacterium protrudes outward in a budding-like manner, forming a sac-like mass and being released outside the cell, and are different from "liposomes." In this specification, MVs released from the outer membrane of gram-negative bacteria may be specifically referred to as outer membrane vesicles (OMVs). The release of MVs has been confirmed in various bacteria, and is generally considered to be a phenomenon common to all prokaryotes.
MVの大きさは、特に制限されないが、一般に20~400nmである場合が多い。形状は球状が多いものの、扁平、又は、棒状のものも知られている。
バイオフィルムを構成する細胞外マトリクス成分(EPS:Extracellular polymeric substances)に含まれるタンパク質はMV由来のものが多く存在することが知られており、バイオフィルムを構成する細菌は活発にMVを産生していると考えられている。
The size of MVs is not particularly limited, but is generally in the range of 20 to 400 nm. Most MVs are spherical in shape, but flat or rod-shaped MVs are also known.
It is known that many of the proteins contained in the extracellular polymeric substances (EPS) that make up biofilms are derived from MVs, and it is believed that the bacteria that make up biofilms actively produce MVs.
なお、本明細書において、「バイオフィルム」とは、固相表面に付着した細菌、及び、細菌によって生産されるEPSによって構成される典型的には3次元構造を有する複合体を意味する。 In this specification, the term "biofilm" refers to a complex that typically has a three-dimensional structure and is composed of bacteria attached to a solid surface and EPS produced by the bacteria.
また、本明細書において、「細菌」とは、特に制限されないが、肺炎等の呼吸器感染症に関連する肺炎球菌、インフルエンザ桿菌、レジオネラ菌、肺炎クラミジア、及び、マイコプラズマ等;心内膜炎等の血管内感染症に関連する、黄色ブドウ球菌、ビリダンス連鎖球菌、及び、腸球菌等;腹膜炎等の腹腔内感染症に関連する、大腸菌、及び、バクテロイデス・フラジーリス等;壊死性筋膜炎等の皮膚・軟部組織感染症に関連する、A群溶連菌、及び、MRSA(メチシリン耐性黄色ブドウ球菌)を含む黄色ブドウ球菌等;腎盂腎炎等の尿路感染症に関連する大腸菌、クレブシエラ属菌、プロテウス属菌、エンテロバクター属菌、及び、腸球菌等;髄膜炎等の中枢神経感染症に関連する、肺炎球菌、髄膜炎菌、インフルエンザ桿菌、及び、リステリア属菌等;カテーテル関連血流感染症に関連する、MRSA(メチシリン耐性黄色ブドウ球菌)、MRSE(メチシリン耐性表皮ブドウ球菌)を含むブドウ球菌、緑膿菌、エンテロバクター属菌、セラチア属菌、及び、カンジダ属菌等が挙げられる。 In addition, in this specification, "bacteria" includes, but is not limited to, Streptococcus pneumoniae, Haemophilus influenzae, Legionella pneumoniae, Chlamydia pneumoniae, Mycoplasma, etc., which are associated with respiratory tract infections such as pneumonia; Staphylococcus aureus, Viridans Streptococcus, Enterococcus, etc., which are associated with intravascular infections such as endocarditis; Escherichia coli, Bacteroides fragilis, etc., which are associated with intraperitoneal infections such as peritonitis; Group A Streptococcus, and MRSA (methicillin-resistant Staphylococcus aureus) which are associated with skin and soft tissue infections such as necrotizing fasciitis. including Staphylococcus aureus; Escherichia coli, Klebsiella, Proteus, Enterobacter, and Enterococcus, which are associated with urinary tract infections such as pyelonephritis; Streptococcus pneumoniae, Neisseria meningitidis, Haemophilus influenzae, and Listeria, which are associated with central nervous system infections such as meningitis; Staphylococcus including MRSA (methicillin-resistant Staphylococcus aureus) and MRSE (methicillin-resistant Staphylococcus epidermidis), Pseudomonas aeruginosa, Enterobacter, Serratia, and Candida, which are associated with catheter-related bloodstream infections.
また、本明細書において、「分離」とは、対象物から膜小胞を取り出す操作を意味し、例えば、遠心分離、及び、フィルタリング等が挙げられる。
また、本明細書において、「検体」とは、対象物から分離した膜小胞を含有する液体又は固体の試料を意味し、例えば、血漿と、膜小胞と、更にその他の成分とを含有する試料が挙げられる。なお、検体は細菌を含有しないことが好ましい。
Furthermore, in this specification, "separation" refers to an operation for removing membrane vesicles from a target object, and includes, for example, centrifugation, filtering, and the like.
In addition, as used herein, the term "sample" refers to a liquid or solid sample containing membrane vesicles separated from a target object, for example, containing plasma, membrane vesicles, and other components. Examples include samples that Note that the specimen preferably does not contain bacteria.
また、本明細書において、「オンセット電位」とは、電位(又はベースポテンシャル)を掃引した際に、電流が流れ始める電位を意味する。上記「電位」は、線形ボルタンメトリー法(LSV法)であれば、ベースポテンシャルを意味する。
ここで、「電流が流れ始める」とは、電位(又は、ベースポテンシャル)-電流の関数において、曲線が立ち上がり、電流が検出されはじめる位置の電位(又は、ベースポテンシャル)を意味する。
Further, in this specification, "onset potential" means a potential at which a current starts to flow when the potential (or base potential) is swept. The above-mentioned "potential" means a base potential in the case of a linear voltammetry method (LSV method).
Here, "current begins to flow" means a potential (or base potential) at a position where a curve rises and a current begins to be detected in a potential (or base potential)-current function.
また、本明細書において「敗血症」の定義は、「JAID/JCC感染症治療ガイドライン2017-敗血症およびカテーテル関連血流感染症-」(日本化学療法学会雑誌 Vol.66、2018年1号(1月)p.82~117)の記載に準拠する。具体的には、「感染に対する生体反応の調節不全で,生命を脅かす臓器障害が生じた状態」、又は、その疑いのある状態を意味する。 In addition, in this specification, the definition of "sepsis" is as follows: "JAID/JCC Infectious Disease Treatment Guidelines 2017 - Sepsis and Catheter-Related Bloodstream Infections" (Journal of the Japanese Society of Chemotherapy Vol. 66, Issue 1, 2018 (January ) p.82-117). Specifically, it refers to "a state in which life-threatening organ damage occurs due to dysregulation of the biological response to infection," or a state in which it is suspected.
また、本明細書において、「カテーテル関連血流感染症」の定義は「JAID/JCC感染症治療ガイドライン2017-敗血症およびカテーテル関連血流感染症-」(日本化学療法学会雑誌 Vol.66、2018年1号(1月)p.82~117)の記載に準拠する。具体的には、少なくとも1つの経皮的に採取された血液培養とカテーテル先端培養が陽性であるか、又は、経皮的血液採取とカテーテルから採取された血液培養が陽性である状態を意味する。
また、血液培養(経皮的採取、及び、カテーテルから採取)、並びに、カテーテル先端培養の結果が陰性である場合であっても、カテーテルの留置が原因で菌血症を発症していることが疑われる場合は、本明細書においては「カテーテル関連血流感染症」に含まれるものとする。
In addition, in this specification, the definition of "catheter-related bloodstream infection" is as follows: "JAID/JCC Infectious Disease Treatment Guidelines 2017 - Sepsis and Catheter-related Bloodstream Infection" (Journal of the Japanese Society of Chemotherapy Vol. 66, 2018) 1 (January) p. 82-117). Specifically, it refers to a condition in which at least one percutaneously drawn blood culture and a catheter tip culture are positive, or a percutaneously drawn blood culture and a catheter tip culture are positive. .
Furthermore, even if the results of blood culture (percutaneous sampling and catheter sampling) and catheter tip culture are negative, bacteremia may have developed due to catheter placement. If suspected, it is included in the term "catheter-related bloodstream infection" herein.
[診断装置]
本発明に係る診断装置は、被験者の体液、分泌物、及び、尿からなる群より選択される少なくとも1種の対象物(以下、単に「対象物」ともいう。)から分離され、細菌が産生する膜小胞を含有する検体に対して接触するよう配置された少なくとも2つの電極を有するバイオセンサの上記電極の電位を掃引した際のオンセット電位、及び、ピーク電位からなる群より選択される少なくとも一方の固有電位を測定する測定部と、上記細菌の種類と上記固有電位とを関連付ける基準データが格納された記憶部と、上記基準データと上記測定の結果とを比較して、上記膜小胞を産生した上記細菌を同定するための情報を提供する解析部と、を有する。
[Diagnostic Device]
The diagnostic device of the present invention comprises a measurement unit that measures at least one intrinsic potential selected from the group consisting of an onset potential and a peak potential when the potential of the electrodes of a biosensor having at least two electrodes arranged to contact a specimen containing membrane vesicles produced by bacteria and separated from at least one type of object (hereinafter simply referred to as "object") selected from the group consisting of a subject's body fluids, secretions, and urine, is swept; a memory unit that stores reference data correlating the type of the bacteria with the intrinsic potential; and an analysis unit that compares the reference data with the results of the measurement to provide information for identifying the bacteria that produced the membrane vesicles.
上記診断装置により本発明の効果が得られる推測機序について、説明する。
図1には、Capnocytophaga属菌を培養した後に、得られた培養液を遠心分離して細菌を除去し、その後、上澄液をさらに超遠心して得たMVのペレットを電解液に再度懸濁してDPV法で測定した結果を示した。
The presumed mechanism by which the effects of the present invention can be obtained by the above-mentioned diagnostic device will be explained.
Figure 1 shows that after culturing Capnocytophaga bacteria, the resulting culture solution was centrifuged to remove bacteria, and then the supernatant was further ultracentrifuged to obtain a pellet of MV, which was resuspended in an electrolyte. The results measured by the DPV method are shown below.
図1中、「CO OMVs」とあるのはCapnocytophaga属菌のMVによる電位(VS SHE:標準水素電極)-電流曲線を表し、「PG OMVs」とあるのは、Porphyromonas gingivalis菌の電位-電流曲線を表す。
なお、図1の縦軸の「Idelta/μA」とは、パルスの前とパルスの後での差分電流を表す。
In FIG. 1, "CO OMVs" represents the potential (VS SHE: standard hydrogen electrode)-current curve of MVs of Capnocytophaga sp., and "PG OMVs" represents the potential-current curve of Porphyromonas gingivalis sp.
It should be noted that "Idelta/μA" on the vertical axis of FIG. 1 represents the difference in current before and after the pulse.
図1によれば、「CO OMVs」は、-0.1Vにオンセット電位、0.1Vにピーク電位を有し、「PG OMVs」は、-0.4Vにオンセット電位、-0.1Vにピーク電位を有することがわかる。
このように、MVの固有電位がMVの種類、すなわち、それを産生した細菌の種類に特異的であり、また、データは示していないが、MVのピーク電流の大きさが検体中におけるMVの含有量と相関することを本発明者は初めて知見し、本発明を完成させた。
言い換えれば、本診断装置は、MVが電極の電位を掃引することで検出可能であり、かつ、MVの固有電位が、そのMVを産生した細菌の種類に特異的であるという本発明者が得た新たな知見を基本的な測定原理としている。
According to Figure 1, "CO OMVs" have an onset potential at -0.1V and a peak potential at 0.1V, and "PG OMVs" have an onset potential at -0.4V and a peak potential at -0.1V. It can be seen that the peak potential is at .
Thus, the intrinsic potential of MV is specific to the type of MV, that is, the type of bacteria that produced it, and although data are not shown, the magnitude of the peak current of MV is The present inventor discovered for the first time that there is a correlation with the content, and completed the present invention.
In other words, the present inventor has obtained that the present diagnostic device can detect MV by sweeping the potential of the electrode, and that the intrinsic potential of MV is specific to the type of bacteria that produced the MV. This new knowledge is used as the basic measurement principle.
電極の電位を掃引する方法としては、ピーク電位、及び、ピーク電流の測定結果が得られ、膜小胞の含有量の定量ができる点で、得られる電流応答がピーク形状となる方法が好ましい。得られる電流応答がピーク形状となる方法としては、例えば、微分パルスボルタンメトリー(DPV)法、サイクリックボルタンメトリー(CV)法、及び、矩形波ボルタンメトリー(Square Wave Voltammetry、SWV)等が挙げられ、より優れた本発明の効果を有する診断装置が得られる点で、DPV法が好ましい。 As a method for sweeping the potential of the electrode, a method in which the obtained current response has a peak shape is preferable because measurement results of peak potential and peak current can be obtained and the content of membrane vesicles can be quantified. Examples of methods in which the obtained current response has a peak shape include differential pulse voltammetry (DPV), cyclic voltammetry (CV), and square wave voltammetry (SWV), which are better. The DPV method is preferable in that a diagnostic device having the effects of the present invention can be obtained.
検体は対象物から分離された膜小胞を含む。対象物から膜小胞を分離する方法としては、特に制限されず、公知の方法を用いればよい。例えば、検体が血液であれば、全血を遠心分離して血漿を得て、更に超遠心して固形分としてMVを得て、この固形分を電解液に分散させればよい。
また、遠心分離した血漿を所定の孔径(例えば、0.02~0.1μmであることが多い)を有する滅菌メンブレンフィルタでろ過して用いてもよい。
The specimen includes membrane vesicles separated from the object. The method for separating membrane vesicles from the target object is not particularly limited, and any known method may be used. For example, if the specimen is blood, whole blood may be centrifuged to obtain plasma, further ultracentrifuged to obtain MV as a solid content, and this solid content may be dispersed in an electrolytic solution.
Alternatively, the centrifuged plasma may be used after being filtered through a sterile membrane filter having a predetermined pore size (for example, 0.02 to 0.1 μm in many cases).
遠心分離の方法としては特に制限されないが、公知の遠心分離機を使うこともできるし、Powell, D. Spinning toy reinvented as low-tech centrifuge. Nature (2017) doi:10.1038/nature.2017.21273に記載されたような手回しの方法によることもできる。 The method of centrifugation is not particularly limited, but a known centrifuge can be used, or a hand-cranked method such as that described in Powell, D. Spinning toy reinvented as low-tech centrifuge. Nature (2017) doi:10.1038/nature.2017.21273 can be used.
検体は、上記以外に過酸化水素を含有していてもよい。本発明者は、MVの表面の酵素が過酸化水素の還元反応を触媒することを知見している。電極からMVに電子が与えられる条件下では、反応が継続的に進行するため、これにより得られた電荷を積算することによって、より高感度にMVを検出できる。
この傾向はCV法、又は、LSV法を用いた場合により顕著であり、LSV法を用いた場合に更に顕著である。すなわち、CV法、又は、LSV法を適用する場合、検体は過酸化水素を含有することが好ましく、LSV法を適用する場合、検体は過酸化水素を含有することが特に好ましい。
このとき、検体中における過酸化水素の含有量としては特に制限されず、3,3′-diaminobenzidine(DAB)染色等で用いられる過酸化水素の量等を参照し、適宜定めればよい。
The sample may contain hydrogen peroxide in addition to the above. The inventors have found that the enzyme on the surface of MV catalyzes the reduction reaction of hydrogen peroxide. Under conditions in which electrons are provided to MV from the electrode, the reaction proceeds continuously, and by integrating the resulting charge, MV can be detected with higher sensitivity.
This tendency is more prominent when the CV method or the LSV method is used, and even more prominent when the LSV method is used. That is, when the CV method or the LSV method is applied, it is preferable that the sample contains hydrogen peroxide, and when the LSV method is applied, it is particularly preferable that the sample contains hydrogen peroxide.
In this case, the content of hydrogen peroxide in the specimen is not particularly limited, and may be appropriately determined with reference to the amount of hydrogen peroxide used in 3,3'-diaminobenzidine (DAB) staining or the like.
既に説明した通り、本診断装置によれば、対象物に含まれる細菌由来のMVの電気化学的な性質を応用して高感度にその存在を検知できる。そのため、対象物に細菌自体が含まれていない場合であってもMVさえ含まれていれば検出することができる。
被験者になんらかの細菌感染が生じていて、特に、細菌がバイオフィルムを形成していて、血液等に細菌自体が放出されにくい場合であっても、細菌感染の発生の可能性、及び、その原因細菌を判断するための情報を本診断装置は提供できる。
As already explained, the present diagnostic device can detect the presence of bacteria with high sensitivity by utilizing the electrochemical properties of MVs derived from bacteria contained in the target object. Therefore, even if the target object does not contain bacteria, it can detect them as long as it contains MVs.
Even if a subject has some kind of bacterial infection, particularly if the bacteria have formed a biofilm and are unlikely to be released into the blood or other fluids, this diagnostic device can provide information to determine the possibility of bacterial infection and the causative bacteria.
すでに説明したとおり、バイオフィルムの形成過程、及び/又は、バイオフィルムが形成された状態では、MVが多く放出(例えば血液等に)されることが示唆されており、本診断装置によれば、被験者に細菌感染症が生じた可能性があること、及び、その原因細菌の種類を判断するための情報がより簡便に提供できる。 As already explained, it has been suggested that a large amount of MV is released (e.g., into the blood) during the biofilm formation process and/or in the state where the biofilm is formed, and according to the present diagnostic device, Information for determining the possibility that a bacterial infection may have occurred in a subject and the type of causative bacteria can be provided more easily.
本診断装置により提供される細菌の種類の情報をもとに、医師が原発巣、及び、原因細菌を推定判断して、例えば、菌血症の治療のより初期の段階からde-escalationを実施できる。 Based on the information on the type of bacteria provided by this diagnostic device, the doctor can estimate the primary tumor and the causative bacteria, and perform de-escalation from an earlier stage of bacteremia treatment, for example. can.
次に、本発明に係る診断装置について図面を参照して説明する。
図2は、本発明の一実施形態である診断装置200のハードウェア構成図である。診断装置200は、プロセッサ201と、記憶デバイス202と、測定デバイス203と、入力デバイス204と、出力デバイス205と、を有する。上記各デバイスは、バス206を介して接続され、相互にデータを交換できるよう構成されている。
Next, a diagnostic device according to the present invention will be described with reference to the drawings.
2 is a hardware configuration diagram of a diagnostic device 200 according to an embodiment of the present invention. The diagnostic device 200 includes a processor 201, a storage device 202, a measurement device 203, an input device 204, and an output device 205. The above devices are connected via a bus 206 and configured to be able to exchange data with each other.
プロセッサ201は、診断装置200を制御する。記憶デバイス202は、プロセッサ201の作業エリアとなる。また、記憶デバイス202は、各種プログラムやデータを記憶する非一時的な、又は、一時的な記録媒体である。 The processor 201 controls the diagnostic device 200. The storage device 202 serves as a working area for the processor 201. The storage device 202 is also a non-temporary or temporary recording medium that stores various programs and data.
プロセッサは、例えば、CPU(中央演算装置)、及び/又は、GPU(グラフィックスプロセッシングユニット)等を利用できる。
記憶デバイス202は、例えば、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)、HDD(Hard Disk Drive)、フラッシュメモリ、及び、SSD(Solid State Drive)等を利用できる。
The processor can be, for example, a CPU (central processing unit), a GPU (graphics processing unit), or the like.
As the storage device 202, for example, ROM (Read Only Memory), RAM (Random Access Memory), HDD (Hard Disk Drive), flash memory, SSD (Solid State Drive), etc. can be used.
測定デバイス203は、対象物から分離された膜小胞を含有する検体に対して接触するよう配置された少なくとも2つの電極を有するバイオセンサ207を着脱できるよう構成されている。測定デバイス203は、バイオセンサ207が有する電極を接続させるための接続端子;測定時の検体の温度を制御するための温調ブロック;電極の電位等を調整可能なポテンシオ/ガルバノスタット;等を含むユニットである。 The measuring device 203 is configured to allow the attachment and detachment of a biosensor 207 having at least two electrodes arranged to contact a specimen containing membrane vesicles separated from a target object. The measuring device 203 is a unit including a connection terminal for connecting the electrodes of the biosensor 207; a temperature control block for controlling the temperature of the specimen during measurement; a potentiostat/galvanostat capable of adjusting the potential of the electrodes, etc.
入力デバイス204は、入力用のデバイスである。入力として、測定の開始、停止、測定条件、及び、検体の識別用の記号等が挙げられる。
入力デバイス204としては、例えば、キーボード、ボタン、マウス、タッチパネル、テンキー、及び、スキャナ等がある。
出力デバイス205は、出力用のデバイスである。出力として、測定データ、測定の進捗状況、操作手順、及び、診断装置の状態等が挙げられる。
出力デバイス205としては、例えば、ディスプレイ、及び、プリンタ等がある。
The input device 204 is a device for inputting information, such as measurement start, stop, measurement conditions, and a symbol for identifying a sample.
The input device 204 may be, for example, a keyboard, a button, a mouse, a touch panel, a numeric keypad, and a scanner.
The output device 205 is a device for outputting, for example, measurement data, progress of the measurement, operation procedures, and the status of the diagnostic device.
The output device 205 includes, for example, a display and a printer.
図3は、診断装置200の斜視図である。診断装置200は、本体301に配置された、ボタン302と、ディスプレイ303と、バイオセンサ207を装填するための挿入口304とを有している。
ボタン302は入力デバイス204であり、ディスプレイ303は出力デバイス205である。
FIG. 3 is a perspective view of the diagnostic device 200. The diagnostic device 200 has a button 302, a display 303, and an insertion port 304 for loading a biosensor 207, which are arranged on a main body 301.
Button 302 is input device 204 and display 303 is output device 205.
また、本体301内には、図示しない回路基板が配置されている。回路基板上には、プロセッサ201、記憶デバイス202、及び、測定デバイス203が配置されている。
測定デバイス203は、挿入口304から挿入されるバイオセンサ207と電気的に接続され得る。
Further, a circuit board (not shown) is arranged inside the main body 301. A processor 201, a storage device 202, and a measurement device 203 are arranged on the circuit board.
The measurement device 203 can be electrically connected to the biosensor 207 inserted through the insertion port 304.
ユーザは、バイオセンサ207を挿入口304を経由して挿入し、ディスプレイ303に表示される指示に従ってボタン302を操作し、所望の測定を行うことができる。 The user can insert the biosensor 207 through the insertion port 304, operate the button 302 according to the instructions displayed on the display 303, and perform a desired measurement.
図4、及び、図5は、バイオセンサ207の分解斜視図である。バイオセンサ207は、典型的にはディスポーザブルであり、測定ごとに新たなバイオセンサを用いることにより、より正確な測定を行うことができる。 Figures 4 and 5 are exploded perspective views of the biosensor 207. The biosensor 207 is typically disposable, and more accurate measurements can be performed by using a new biosensor for each measurement.
バイオセンサ207は、検体が導入され、測定が行われる領域(以下、この領域を「セル」ともいう。図4中、「CELL」と表示した)と、セルに導入された検体と接触するように配置された一対の電極401(第1電極401aと第2電極401bから構成されている)とを有している。 The biosensor 207 has a region where a sample is introduced and measurement is performed (hereinafter, this region is also referred to as a "cell" and is indicated as "CELL" in FIG. 4), and a region where the sample is introduced into the cell. It has a pair of electrodes 401 (consisting of a first electrode 401a and a second electrode 401b) arranged at .
セルは、支持体402の上面と、支持体402上に配置されたキャピラリ基材403の凹欠部の側面と、カバー404の下面とにより画された領域であり、検体は導入口405から導入され、キャピラリ406を流通してセルに導入される。キャピラリ406を経て、検体はセルへと流入し、一対の電極401と接触される。 The cell is an area defined by the upper surface of the support 402, the side surface of the recessed part of the capillary base material 403 placed on the support 402, and the lower surface of the cover 404, and the sample is introduced from the inlet 405. and is introduced into the cell by flowing through the capillary 406. The analyte flows into the cell through capillary 406 and is brought into contact with a pair of electrodes 401 .
第1電極401a、及び、第2電極401bは、バイオセンサ207が、図3に示した挿入口304から挿入されると、本体301内に配置された回路基板上に配置された測定デバイス203が有する接続端子と電気的に接続され、LSV法、及び、DPV法による測定が可能になる。 When the biosensor 207 is inserted through the insertion port 304 shown in FIG. 3, the first electrode 401a and the second electrode 401b are electrically connected to the connection terminals of the measuring device 203 arranged on the circuit board arranged in the main body 301, making it possible to perform measurements by the LSV method and the DPV method.
また、支持体402、キャピラリ基材403、及び、カバー404の厚みとしては特に制限されず、適宜選択可能であるが、取り扱いが容易である観点から、典型的には0.1μm~10mmが好ましい。 The thickness of the support 402, capillary substrate 403, and cover 404 is not particularly limited and can be selected as appropriate, but from the viewpoint of ease of handling, a thickness of 0.1 μm to 10 mm is typically preferred.
なお、本発明に係る診断装置の実施形態としては、上記に制限されず、バイオセンサ207と診断装置200とが一体として構成されていてもよい。バイオセンサと診断装置とが一体である場合、測定装置の構造がより簡素であるため、測定装置の製造がより容易となる。 The embodiment of the diagnostic device according to the present invention is not limited to the above, and the biosensor 207 and the diagnostic device 200 may be configured as one unit. When the biosensor and the diagnostic device are integrated, the structure of the measuring device is simpler, making it easier to manufacture the measuring device.
ここで、診断装置200は入力デバイス204として、ボタン302を有しているが、本発明に係る診断装置の実施形態としては上記に制限されず、入力デバイス204はボタンでなくてもよい。例えば、ディスプレイ303がタッチパネル機能を有し、入力デバイス204を兼ねてもよい。この場合、ディスプレイ303の表示によるGUI(Graphical User Interface)を介して、オペレータによる測定の開始等の指示を受ける形態であってもよい。
また、測定は、バイオセンサ207が挿入口304に装填されると自動的に開始されるよう構成されていてもよい。
Here, diagnostic device 200 has button 302 as input device 204, but the embodiment of the diagnostic device according to the present invention is not limited to the above, and input device 204 does not have to be a button. For example, display 303 may have a touch panel function and serve as input device 204. In this case, an instruction such as to start measurement from an operator may be received via a GUI (Graphical User Interface) displayed on display 303.
Measurement may also be configured to begin automatically when the biosensor 207 is loaded into the insertion port 304 .
診断装置200は、出力デバイス205として、ディスプレイ303を有しているため、測定条件の設定から診断結果の表示に係る一連の段階を一台で実施することができ、簡便な操作で細菌の種類(MVを産生した細菌の種類)を特定するための情報が提供できる。 Since the diagnostic device 200 has a display 303 as an output device 205, a series of steps from setting measurement conditions to displaying diagnostic results can be carried out with one device, and the type of bacteria can be determined with simple operations. Information for identifying (the type of bacteria that produced MV) can be provided.
図4に戻り、次に電極について説明する。診断装置200が有する第1電極401aは作用電極であり、第2電極401bは対電極である。この2つの電極(電極対)は基材上に形成されている。 Returning to FIG. 4, the electrodes will now be described. The first electrode 401a of the diagnostic device 200 is a working electrode, and the second electrode 401b is a counter electrode. These two electrodes (electrode pair) are formed on a substrate.
上記構成を有するバイオセンサ207を診断装置200に接続すると、第1電極401a(作用電極)の電位を変化させ、得られる電流値を測定できる。
なお、バイオセンサ207は、作用電極(第1電極401a)と、対電極(第2電極401b)とを有しているが、この配置は逆でもよい。すなわち、対電極である第1電極401aと、作用電極である第2電極401bとを有していてもよい。
また、上記に加えて、更に別の電極(第3電極)を検体に接するように有していることが好ましい。この場合第3電極は参照電極であることが好ましい。バイオセンサが参照電極を有する場合、電極電位を測定することができるため、より優れた本発明の効果を有する診断装置が得られる。
When the biosensor 207 having the above configuration is connected to the diagnostic device 200, the potential of the first electrode 401a (working electrode) can be changed and the resulting current value can be measured.
Note that although the biosensor 207 has a working electrode (first electrode 401a) and a counter electrode (second electrode 401b), this arrangement may be reversed. That is, it may have a first electrode 401a that is a counter electrode and a second electrode 401b that is a working electrode.
Moreover, in addition to the above, it is preferable to have another electrode (third electrode) in contact with the specimen. In this case, the third electrode is preferably a reference electrode. When the biosensor has a reference electrode, the electrode potential can be measured, so that a diagnostic device having better effects of the present invention can be obtained.
図4においては、カギ型に組み合わされた一対の電極を示したが、電極の形状は上記に特に制限されず、櫛形電極(interdigit電極)であってもよい。これらの電極は、公知の方法で製造することができ、例えば、フォトリソグラフ法、メッキ法、及び、印刷法等によって支持体上にパターン状に電極を配置することが可能である。電極間の距離等についても特に制限されず、電気化学セルとして公知の距離とすればよい。なかでも、より少ない検体(具体的には、0.001~5ml)でも好感度に測定が行える点で、検体に接する電極の面積として1cm2以下であることが好ましい。 In FIG. 4, a pair of electrodes combined in a hook shape is shown, but the shape of the electrodes is not particularly limited to the above, and may be an interdigit electrode. These electrodes can be manufactured by known methods, and for example, the electrodes can be arranged in a pattern on a support by photolithography, plating, printing, etc. The distance between the electrodes is also not particularly limited, and may be a distance known for electrochemical cells. In particular, the area of the electrodes in contact with the sample is preferably 1 cm2 or less, since measurement can be performed with good sensitivity even with a smaller amount of sample (specifically, 0.001 to 5 ml).
電極の材料としては特に制限されず、公知の電極材料が使用できる。電極材料としては、例えば、炭素、金、白金、銀、モリブデン、コバルト、ニッケル、パラジウム、及び、ルテニウム等が挙げられ、酸化インジウムスズ等であってもよい。 The electrode material is not particularly limited, and known electrode materials can be used. Examples of electrode materials include carbon, gold, platinum, silver, molybdenum, cobalt, nickel, palladium, and ruthenium, and may be indium tin oxide, etc.
なお、参照電極としては、公知の参照電極を使用でき、例えば、銀/塩化銀電極等が使用可能である。また、対電極としては、公知の対電極を使用できる。 The reference electrode may be a known reference electrode, such as a silver/silver chloride electrode. The counter electrode may be a known counter electrode.
再び図4、及び、図5に戻って、次に、支持体402、キャピラリ基材403、及び、カバー404について説明する。
上記各部材の組み合わせによってセルが形成されることはすでに説明したとおりであり、いずれの部材も絶縁性材料で構成されることが好ましい。
Returning to FIG. 4 and FIG. 5, the support 402, the capillary base material 403, and the cover 404 will now be described.
As already explained, a cell is formed by combining the above-mentioned components, and each of the components is preferably made of an insulating material.
絶縁性材料としては、有機材料、無機材料、及び、これらの複合体等が挙げられ、より具体的には、樹脂、及び、紙等;ガラス等;が挙げられる。
樹脂としては、例えば、ポリエーテルイミド(PEI)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、及び、ポリエチレン(PE)等の熱可塑性樹脂;ポリイミド樹脂、及び、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂;等が挙げられる。
絶縁性材料としては、例えば、ガラス、及び、紙等であってよい。
Examples of the insulating material include organic materials, inorganic materials, composites thereof, and more specifically resins, paper, etc.; glass, etc.
Examples of the resin include thermoplastic resins such as polyetherimide (PEI), polyethylene terephthalate (PET), and polyethylene (PE); thermosetting resins such as polyimide resin and epoxy resin; and the like.
Examples of the insulating material include glass and paper.
セルの大きさは特に制限されないが、検体の量に応じて適宜選択可能であり、0.0001~5ml程度の容量であることが好ましい。 The size of the cell is not particularly limited, but can be selected appropriately depending on the amount of sample, and a capacity of approximately 0.0001 to 5 ml is preferable.
図6は、診断装置200の機能ブロック図である。診断装置200は、制御部601と、操作部602と、出力部603と、測定部604、記憶部605と、解析部606と、を有する。 Figure 6 is a functional block diagram of the diagnostic device 200. The diagnostic device 200 has a control unit 601, an operation unit 602, an output unit 603, a measurement unit 604, a memory unit 605, and an analysis unit 606.
制御部601は、プロセッサ201を含んで構成され、操作部602、出力部603、測定部604、記憶部605、及び、解析部606のそれぞれを制御して診断装置200の機能を実現する。 The control unit 601 includes the processor 201 and controls the operation unit 602, the output unit 603, the measurement unit 604, the memory unit 605, and the analysis unit 606 to realize the functions of the diagnostic device 200.
測定部604は、測定デバイス203を含んで構成される。測定部604は、記憶デバイス202に記憶されたプログラムがプロセッサ201により実行され、これにより制御された測定デバイス203によって実現される機能である。 The measurement unit 604 is configured to include the measurement device 203. The measurement unit 604 is a function realized by the measurement device 203 controlled by a program stored in the storage device 202 executed by the processor 201.
ここで、測定部604が接続される電極部607は、バイオセンサ207の電極401を含んで構成される。電極部607は、測定部604によって制御される。
また、検体捕捉部608は、バイオセンサ207の導入口405、キャピラリ406、及び、セルを含んで構成され、バイオセンサ207に導入された検体をセル内に捕捉し、電極401と接触させて保持する機能を有する。
Here, the electrode section 607 to which the measurement section 604 is connected is configured to include the electrode 401 of the biosensor 207. The electrode section 607 is controlled by the measurement section 604.
In addition, the sample capture section 608 is composed of the inlet 405 of the biosensor 207, the capillary 406, and a cell, and has the function of capturing the sample introduced into the biosensor 207 within the cell and holding it in contact with the electrode 401.
測定部604によってバイオセンサの電極の電位が掃引され、検体の固有電位が測定される。 The measurement unit 604 sweeps the potential of the electrode of the biosensor and measures the inherent potential of the specimen.
記憶部605は、記憶デバイス202を含んで構成される。記憶デバイス202には、プロセッサ201が各部を制御するためのプログラム、計算を行うためのプログラム、及び、基準データ等が予め記憶されている。 The storage unit 605 is configured to include the storage device 202. The storage device 202 stores in advance a program for the processor 201 to control each section, a program for performing calculations, reference data, and the like.
この基準データは、細菌の種類と固有電位とを関連付けるデータである。基準データは、以下の手順によって準備されることが好ましい。 This reference data is data that associates the type of bacteria with the specific potential. It is preferable that the reference data is prepared by the following procedure.
・基準データの作成手順
まず、既知の細菌が産生したMVを含有する試験検体を準備する。
次に、その試験検体について、本診断装置(又は、本診断装置と同様の測定条件を実現可能な他の装置でもよい。)を用いて電極の電位を掃引し、固有電位を測定する。
Procedure for generating reference data First, a test sample containing MVs produced by a known bacterium is prepared.
Next, the electrode potential of the test sample is swept using this diagnostic device (or another device capable of realizing the same measurement conditions as this diagnostic device) to measure the intrinsic potential.
得られた固有電位は、試験検体に含まれるMVを産生した細菌の種類の情報と組み合わせて1個のレコードを構成する。
なお、本明細書では、細菌の種類と、それに対応する固有電位の個々の組み合わせのことをレコードという。
The obtained characteristic potential is combined with information on the type of bacteria that produced MV contained in the test specimen to form one record.
Note that in this specification, each combination of a type of bacteria and a corresponding characteristic potential is referred to as a record.
なお、レコードは、少なくともMVを産生した細菌の種類と対応する固有電位の情報とが含まれていてもよく、他の情報が含まれていてもよい。 Note that the record may include at least information on the type of bacteria that produced the MV and the corresponding characteristic potential, and may also include other information.
基準データは、異なる細菌についての上記レコードを複数有するデータのまとまりとして構成されることが好ましい。
なお、本明細書では、複数のレコードのまとまりとして構成されるデータをテーブルと称する。
すなわち、基準データは、複数のレコードからなるテーブルであることが好ましい。
It is preferable that the reference data is configured as a data collection having a plurality of the above-mentioned records for different bacteria.
Note that in this specification, data configured as a group of multiple records is referred to as a table.
That is, it is preferable that the reference data is a table consisting of a plurality of records.
また、電極の電位を掃引する方法が、DPV法のように、得られる電流応答がピーク形状となる方法の場合、記憶部605には、固有電位と、ピーク電流の大きさに対する検体中の膜小胞の含有量の相関関係と、を関連付ける第2の基準データが記憶されていてもよい。 In addition, when the method for sweeping the electrode potential is a method in which the current response obtained has a peak shape, such as the DPV method, the memory unit 605 may store second reference data that correlates the intrinsic potential with the correlation between the magnitude of the peak current and the content of membrane vesicles in the sample.
・第2の基準データの作成手順
同一の細菌が産生したMVを含有し、その含有量だけが異なる複数の試験検体を準備する。
次に、それらの試験検体について、本診断装置(又は、本診断装置と同様の測定条件を実現可能な他の装置でもよい。)を用いて電極の電位を掃引し、ピーク電位とピーク電流(の大きさ)とを測定する。なお、この際あわせてオンセット電位を測定してもよい。
・Procedure for creating the second standard data Prepare multiple test specimens that contain MV produced by the same bacteria and differ only in their content.
Next, for those test specimens, the potential of the electrodes is swept using this diagnostic device (or other device that can realize measurement conditions similar to this diagnostic device), and the peak potential and peak current ( (size). Note that the onset potential may also be measured at this time.
ピーク電流の大きさとMVの含有量との間には相関関係があることを本発明者らは知見しており、複数の試験検体のピーク電流の大きさとMVの含有量のデータからこの相関関係を算出できる。
第2の基準データは上記の相関関係と固有電位とを関連づけるデータである。
The inventors have found that there is a correlation between the magnitude of the peak current and the MV content, and this correlation can be calculated from the data on the peak current magnitude and the MV content of multiple test samples.
The second reference data is data relating the above correlation to the intrinsic potential.
図6に戻り、記憶部605は、プロセッサ201により制御された記憶デバイス202によって、これらのデータ等を読み出し、及び、書き込むことができる機能である。 Returning to FIG. 6, the storage unit 605 has a function that allows the storage device 202 controlled by the processor 201 to read and write these data.
解析部606は、記憶デバイス202に記憶されたプログラムがプロセッサ201により実行され実現される機能である。解析部606によって、測定部604によって得られた検体の固有電位が記憶デバイス202に記憶された基準データと比較され、MVを産生した細菌の種類を同定するための情報が提供される。 The analysis unit 606 is a function realized by executing a program stored in the storage device 202 by the processor 201. The analysis unit 606 compares the characteristic potential of the specimen obtained by the measurement unit 604 with reference data stored in the storage device 202, and provides information for identifying the type of bacteria that produced the MV.
操作部602は、入力デバイス204を含んで構成され、ユーザ操作を受け付ける機能を有する。
また、出力部603は出力デバイス205を含んで構成され、各種の情報、及び、データを表示等する機能を有する。
The operation unit 602 includes the input device 204 and has a function of accepting user operations.
The output unit 603 includes the output device 205 and has a function of displaying various types of information and data.
(診断装置の動作)
次に、診断装置200の動作について説明する。
診断装置200はプログラムに従って、以下のとおり動作する。図7は、上記プログラムに沿って動作する制御部601の動作フローである。
(Operation of diagnostic device)
Next, the operation of the diagnostic device 200 will be explained.
The diagnostic device 200 operates as follows according to the program. FIG. 7 is an operation flow of the control unit 601 that operates according to the above program.
バイオセンサ207が本体301の挿入口304に挿入され、バイオセンサ207と本体301に収容された回路基板とが接続されると、ユーザの指示により(又は、バイオセンサの挿入が検知され)、測定が開始される。 When the biosensor 207 is inserted into the insertion port 304 of the main body 301 and the biosensor 207 and the circuit board housed in the main body 301 are connected, measurement is performed according to a user's instruction (or when the insertion of the biosensor is detected). is started.
まず、制御部601は、測定部604を制御して、バイオセンサ207の電極の電位を掃引して、固有電位を測定する(ステップS701)。
次に、制御部601は、解析部606を制御して、上記固有電位と基準データとを比較する(ステップS702)。
First, the control unit 601 controls the measurement unit 604 to sweep the potential of the electrodes of the biosensor 207 and measure the intrinsic potential (step S701).
Next, the control unit 601 controls the analysis unit 606 to compare the intrinsic potential with reference data (step S702).
ここで、基準データと、測定された固有電位(以下、「測定結果」ということがある。)との比較方法の一例を説明する。
まず、測定結果は、テーブルに含まれる各レコードの固有電位と比較される。測定結果と各レコードの固有電位を比較し、測定結果がレコードのいずれかに帰属される場合(ステップS703:YES)、制御部601は、出力部603を制御して、上記細菌の種類の情報を出力デバイス205に表示する(ステップS704)。
Here, an example of a method for comparing the reference data with the measured intrinsic potential (hereinafter sometimes referred to as the "measurement result") will be described.
First, the measurement result is compared with the characteristic potential of each record included in the table. When the measurement result is compared with the characteristic potential of each record and the measurement result belongs to any of the records (step S703: YES), the control unit 601 controls the output unit 603 to display information on the type of bacteria on the output device 205 (step S704).
なお、測定結果の帰属についての基準は、予め定められ、記憶部に記憶されていることが好ましい。
帰属についての基準は、例えば、測定結果と各データの固有電位との差(絶対値)が予め定めた数値以下である場合、測定結果をそのレコードに帰属させる等であってもよい。
It is preferable that the criteria for attribution of the measurement results are determined in advance and stored in the storage unit.
The criteria for the attribution may be, for example, that if the difference (absolute value) between the measurement result and the intrinsic potential of each data is equal to or less than a predetermined value, the measurement result is attributable to that record.
一方、基準データのいずれのレコードにも測定結果が帰属されない場合(ステップS703:NO)、測定は終了する。
なお、このとき、制御部601は、出力部603を制御して、その旨を出力デバイス205に表示してもよい。
On the other hand, if the measurement result is not assigned to any record of the reference data (step S703: NO), the measurement ends.
Note that at this time, the control unit 601 may control the output unit 603 and display this on the output device 205.
図7のフローによれば、検体中に含まれるMVを産生した細菌を同定するための情報が提供される。バイオフィルムに由来する感染症等では、血中に菌自体が放出されにくい場合もあり、本装置に上記フローを適用すると、このような場合であっても、細菌感染、及び、その原因菌を推定させる有力な情報が提供できる。 The flow in Figure 7 provides information for identifying the bacteria that produced the MVs contained in the sample. In cases of infections caused by biofilms, the bacteria themselves may not be easily released into the blood. By applying the above flow to this device, even in such cases, it is possible to provide useful information for inferring bacterial infection and the causative bacteria.
図8は、診断装置200の制御部601の他の動作フローである。
まず、バイオセンサ207が本体301の挿入口304に挿入され、バイオセンサ207と本体301に収容された回路基板とが接続されると、ユーザの指示により(又は、バイオセンサの挿入が検知され)、測定が開始される。
FIG. 8 is another operational flow of the control unit 601 of the diagnostic device 200.
First, when the biosensor 207 is inserted into the insertion port 304 of the main body 301 and the biosensor 207 and the circuit board housed in the main body 301 are connected, the biosensor 207 is connected to the circuit board housed in the main body 301. , measurement is started.
まず、制御部601は、測定部604を制御して、電流応答がピーク形状となる方法によってバイオセンサ207の電極の電位を掃引し、少なくともピーク電位を含む固有電位と、ピーク電流の大きさとを測定する(ステップS801)。
次に、制御部601は、解析部606を制御して、固有電位を基準データと比較する(ステップS802)。
First, the control unit 601 controls the measurement unit 604 to sweep the potential of the electrode of the biosensor 207 by a method that produces a peak-shaped current response, and measures the intrinsic potential including at least the peak potential and the magnitude of the peak current (step S801).
Next, the control unit 601 controls the analysis unit 606 to compare the intrinsic potential with the reference data (step S802).
測定結果と各レコードの固有電位を比較し、測定結果がレコードのいずれかに帰属される場合(ステップS803:YES)、制御部601は、次に、解析部606を制御して、測定で得られた固有電位と第2の基準データの各レコードの固有電位とを比較し、対応する相関関係を取得する(ステップS804)。 The measurement result is compared with the characteristic potential of each record, and if the measurement result is attributed to one of the records (step S803: YES), the control unit 601 next controls the analysis unit 606 to calculate the result obtained from the measurement. The unique potential thus obtained is compared with the unique potential of each record of the second reference data, and a corresponding correlation is obtained (step S804).
次に、制御部601は、解析部606を制御して、ピーク電流の大きさの測定結果を上記相関関係に適用し、検体中のMVの含有量を計算する(ステップS805)。
次に、制御部601は、出力部603を制御して、上記細菌の種類、及び、MVの含有量の情報を出力デバイス205に表示する(ステップS806)。
Next, the control unit 601 controls the analysis unit 606 to apply the measurement result of the magnitude of the peak current to the above correlation, and calculates the content of MV in the sample (step S805).
Next, the control unit 601 controls the output unit 603 to display information on the type of bacteria and the content of MV on the output device 205 (step S806).
一方、基準データのいずれのレコードにも測定結果が帰属されない場合(ステップS803:NO)、測定は終了する。
なお、このとき、制御部601は、出力部603を制御して、その旨を出力デバイス205に表示してもよい。
On the other hand, if the measurement result does not belong to any record of the reference data (step S803: NO), the measurement ends.
At this time, the control unit 601 may control the output unit 603 to display a message to that effect on the output device 205 .
図8のフローによれば、検体中に含まれるMVを産生した細菌の種類を判断するための情報に加えて、検体中のMVの含有量を判断するための情報も提供できる。検体中のMVの含有量は、被験者の体内におけるMVを産生した細菌の活動状態、例えば、バイオフィルムを形成している、及び、増殖している等と関連すると考えられる。本装置に上記フローを適用すると、治療方針の策定等のためにより有用な情報が提供できる。 According to the flow shown in FIG. 8, in addition to information for determining the type of bacteria that produced MV contained in the specimen, it is also possible to provide information for determining the content of MV in the specimen. The content of MV in the sample is considered to be related to the activity state of the bacteria that produced the MV in the subject's body, such as forming a biofilm and proliferating. By applying the above flow to this device, more useful information can be provided for formulating treatment plans, etc.
本診断装置は、被験者から体液、分泌物、及び、尿からなる群より選択される少なくとも1種を採取し、上記から膜小胞を含有する検体を得て、これを適用したバイオセンサを装填するだけで、細菌感染症の原因細菌の同定に必要な情報を迅速に提供できる。 This diagnostic device can quickly provide the information necessary to identify the causative bacteria of a bacterial infection by simply collecting at least one type of fluid selected from the group consisting of body fluids, secretions, and urine from a subject, obtaining a sample containing membrane vesicles from the above, and loading a biosensor to which this is applied.
200 :診断装置
201 :プロセッサ
202 :記憶デバイス
203 :測定デバイス
204 :入力デバイス
205 :出力デバイス
206 :バス
207 :バイオセンサ
301 :本体
302 :ボタン
303 :ディスプレイ
304 :挿入口
401 :電極
401a :第1電極
401b :第2電極
402 :支持体
403 :キャピラリ基材
404 :カバー
405 :導入口
406 :キャピラリ
601 :制御部
602 :操作部
603 :出力部
604 :測定部
605 :記憶部
606 :解析部
607 :電極部
608 :検体捕捉部
200: Diagnostic device 201: Processor 202: Storage device 203: Measurement device 204: Input device 205: Output device 206: Bus 207: Biosensor 301: Main body 302: Button 303: Display 304: Insertion port 401: Electrode 401a: First Electrode 401b: Second electrode 402: Support body 403: Capillary base material 404: Cover 405: Inlet port 406: Capillary 601: Control section 602: Operation section 603: Output section 604: Measurement section 605: Storage section 606: Analysis section 607 : Electrode part 608 : Sample capture part
Claims (13)
前記被験者の体液、分泌物、及び、尿からなる群より選択される少なくとも1種の対象物から分離され、細菌が産生する膜小胞を含有する検体に対して接触するよう配置された少なくとも2つの電極を有するバイオセンサの前記電極の電位を掃引した際のオンセット電位、及び、ピーク電位からなる群より選択される少なくとも一方の固有電位を測定する測定部と、
前記細菌の種類と前記固有電位とを関連付ける基準データが格納された記憶部と、
前記基準データと前記測定の結果とを比較して、前記膜小胞を産生した前記細菌を同定するための情報を提供する解析部と、を有する、診断装置。 1. A diagnostic device for diagnosing a bacterial infection in a subject, comprising:
a measuring unit for measuring at least one intrinsic potential selected from the group consisting of an onset potential and a peak potential when the potential of the electrodes of a biosensor having at least two electrodes arranged to be in contact with a specimen that is separated from at least one object selected from the group consisting of a body fluid, a secretion, and a urine of the subject and that contains membrane vesicles produced by bacteria, is swept;
a storage unit in which reference data correlating the type of bacteria with the specific potential is stored;
and an analysis unit that compares the reference data with the results of the measurement to provide information for identifying the bacterium that produced the membrane vesicles.
前記固有電位と、
ピーク電流の大きさに対する前記検体中の前記膜小胞の含有量の相関関係と、
を関連付ける第2の基準データが格納されている、請求項2に記載の診断装置。 The storage unit further includes:
The characteristic potential;
a correlation between the content of the membrane vesicles in the specimen and the magnitude of the peak current;
The diagnostic device according to claim 2, wherein second reference data for associating the two is stored.
前記測定部は、前記バイオセンサにリニアスイープボルタンメトリー法、又は、サイクリックボルタンメトリー法を適用する、請求項1に記載の診断装置。 the sample further contains hydrogen peroxide;
The diagnostic device according to claim 1 , wherein the measurement section applies a linear sweep voltammetry method or a cyclic voltammetry method to the biosensor.
コンピュータに、
前記被験者の体液、分泌物、及び、尿からなる群より選択される少なくとも1種の対象物から分離され、細菌が産生する膜小胞を含有する検体に対して接触するよう配置された少なくとも2つの電極を有するバイオセンサの前記電極の電位を掃引した際の、オンセット電位、及び、ピーク電位からなる群より選択される少なくとも一方の固有電位を測定する段階と、
前記細菌の種類と前記固有電位とを関連付ける基準データと前記測定の結果とを比較して、前記膜小胞を産生した前記細菌を同定するための情報を提供する段階と、を実行させるプログラム。 1. A program for diagnosing a bacterial infection in a subject, comprising:
On the computer,
A step of measuring at least one intrinsic potential selected from the group consisting of an onset potential and a peak potential when sweeping the potential of a biosensor having at least two electrodes arranged to contact a specimen containing membrane vesicles produced by bacteria, the specimen being separated from at least one object selected from the group consisting of a body fluid, a secretion, and a urine of the subject;
and comparing the results of the measurement with reference data relating the type of bacteria to the intrinsic potential to provide information for identifying the bacteria that produced the membrane vesicles.
前記固有電位とピーク電流の大きさに対する検体中の膜小胞の含有量の相関関係とを関連付ける第2の基準データから、前記測定された固有電位に対応する前記相関関係を取得する段階と、
前記測定されたピーク電流の大きさを前記相関関係に適用し、検体中の前記膜小胞の含有量を計算して提供する段階と、を実行させる請求項12に記載のプログラム。 measuring the magnitude of the peak current when sweeping the potential of the electrode;
obtaining the correlation corresponding to the measured intrinsic potential from second reference data that correlates the intrinsic potential with the correlation of the content of membrane vesicles in the specimen with respect to the magnitude of the peak current;
13. The program according to claim 12, applying the magnitude of the measured peak current to the correlation to calculate and provide the content of the membrane vesicles in the sample.
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