تکنیک‌های زیادی برای تشخیص میکروارگانیسم‌های مهم پزشکی مانند باکتری‌ها، ویروس‌ها، قارچ‌ها و انگل‌ها وجود دارد. اما، تقریباً همه این تکنیک ها و روش ها دارای محدودیت هستند. اکثر این تکنیک ها پر زحمت، زمان بر و دارای احتمال نتایج مثبت کاذب یا منفی کاذب هستند. ما نیازمند به روش تشخیصی تضمین شده هستیم که بتواند بر این محدودیت ها و مشکلات غلبه کند. در حال حاضر، گرایش به استفاده از طیف سنجی فلورسانس به عنوان یک ابزار تشخیصی و تحقیقاتی در بسیاری از زمینه‌های علوم پزشکی وجود دارد. در اینجا، ما به طور انتقادی در مورد مطالعات تحقیقاتی بحث خواهیم کرد که پیشنهاد می‌کنند طیف سنجی فلورسانس ممکن است یک ابزار تشخیصی عالی و همچنین ابزار تحقیقاتی عالی در زمینه میکروبیولوژی پزشکی با حساسیت و ویژگی بالا باشد.
محدودیت ها / اشکالات ابزارهای تشخیصی فعلی
بیماری های عفونی توسط میکروارگانیسم هایی مانند باکتری ها، ویروس ها، قارچ ها و انگل ها ایجاد می شوند. بیماری های عفونی، عامل اصلی مرگ‌ومیر در سراسر جهان به خصوص در کشورهای در حال توسعه هستند. همواره بخش عمده ای از بودجه مراقبت های بهداشتی به تشخیص و درمان بیماری های عفونی اختصاص می‌یابد. روش ها و تکنیک های تشخیصی زیادی برای بیماری های مرتبط با میکروارگانیسم ها وجود دارد. اینها شامل بررسی مورفولوژیکی با میکروسکوپ، بررسی کشت، آزمایشات بیوشیمیایی و رویکرد هیستوپاتولوژی است. روش های پیچیده مدرنی نیز وجود دارد مانند PCR، ELISA، آنالیز DNA مولکولی. اما محدودیت ها و معایب زیادی در ارتباط با این تکنیک های تشخیصی وجود دارد. این تکنیک‌ها زمان‌بر، پرزحمت هستند و به معرف‌های زیادی نیاز دارند. همچنین برخی از تکنیک ها فاقد حساسیت و ویژگی بالا هستند که نیاز به یک روش تشخیصی جدید با حساسیت و ویژگی بالا را تشدید می کند.
روش‌های تشخیصی سنتی کنونی برای تشخیص میکروارگانیسم‌هایی مانند باکتری به طور معمول حداقل یک روز طول می‌کشد. همچنین، نیاز به آزمایش حساسیت آنتی بیوتیکی نیز توسط پزشکان برای انتخاب آنتی بیوتیک خاص برای درمان عفونت داریم. این تست حساسیت معمولا یک روز بیشتر طول می کشد. باکتری ها حداقل به مدت یک روز کشت می شوند و سپس تشخیص داده می شود. این باعث تاخیر در شروع درمان خاص می شود. در نتیجه پزشکان معمولا آنتی بیوتیک های طیف وسیعی را تجویز می کنند که برای بیماران غیر ضروری و بسیار گران هستند. همچنین، میکروارگانیسم ها مکانیسم های منحصر به فردی برای ایجاد مقاومت در برابر درمان ضد میکروبی دارند. تشخیص سریع میکروارگانیسم ها و شروع درمان اختصاصی در اسرع وقت را توجیه می کند.
طیف سنجی فلورسانس
به نظر می رسد طیف سنجی فلورسانس یک روش تشخیصی امیدوارکننده با توانایی تشخیص سریع باشد. مطالعات حاکی از حساسیت و توانمندی بالا است که طیف سنجی فلورسانس را به ابزاری ایده‌آل برای تشخیص میکروبیولوژی پزشکی تبدیل می‌کند. اما، نیاز به مطالعات بیشتر و آزمایشات بالینی برای تایید این روش تشخیصی جدید وجود دارد.
در حال حاضر، طیف سنجی فلورسانس در زمینه میکروبیولوژی پزشکی برای اهداف مختلف استفاده می‌شود. مطالعات زیادی وجود دارد که نشان می‌دهد طیف سنجی فلورسانس یک روش تشخیصی امیدوارکننده با حساسیت و توانمندی بالا برای تشخیص بیماری‌های مرتبط با میکروارگانیسم‌ها با کمک اثر انگشت طیف سنجی است. همچنین، طیف سنجی فلورسانس و طیف سنجی همبستگی فلورسانس (FCS) ممکن است برای درک مراحل مختلف پاتوفیزیولوژیک میکروارگانیسم‌های مختلف استفاده شود .
طیف سنجی فلورسانس نوعی طیف سنجی الکترومغناطیسی است که فلورسانس را از یک نمونه تجزیه و تحلیل می‌کند. نمونه با استفاده از یک پرتو نور برانگیخته می شود که منجر به گسیل نور با انرژی کمتر و در نتیجه یک طیف انتشار می شود که برای تفسیر نتایج استفاده می شود . طیف سنجی همبستگی فلورسانس (FCS)، تکنیکی است که اساساً برای تجزیه و تحلیل مکانی و زمانی برهم‌کنش‌های مولکولی مولکول‌های زیستی با غلظت بسیار کم در محلول استفاده می‌شود. FCS هم میانگین تعداد مولکول‌ها در حجم تشخیص و هم زمان انتشار مولکول‌ها از طریق حجم آشکارسازی باز را اندازه‌گیری می‌کند . از آنجایی که سرعت انتشار مستقیماً با جرم مولکولی و شکل مولکول فلورسنت در ارتباط است، می توان تشکیل کمپلکس بین یک مولکول کوچک فلورسنت برچسب دار و یک مولکول بزرگ بدون برچسب را مطالعه کرد.
کاربرد ها
کاربردهای تشخیصی طیف سنجی فلورسانس
در حال حاضر، بسیاری از مطالعات کاربرد موفقیت آمیز طیف سنجی فلورسانس را به عنوان یک ابزار تشخیصی برای باکتری های مختلف در سطح جنس، گونه و گروه با استفاده از اثر انگشت طیفی گزارش کردند . مطالعات طیفی برای باسیل‌های رنگدانه‌دار سیاه که گروهی از باکتری‌های دهان هستند، تفاوت معنی‌داری را در علائم طیفی هر باکتری نشان داد . پروفایل های فلورسنت باکتری هایی که مسئول اوتیت میانی در کودکان هستند: توسط S. pneumoniae، S. aureus، M. catarrhalis، و H. influenzae مورد مطالعه قرار گرفته است. این مطالعات ثابت کرد که هر باکتری مشخصات فلورسانس خاصی تولید می کند. داده‌ها نشان می‌دهند که ممکن است یک تکنیک تشخیصی غیرتهاجمی مبتنی بر فلورسانس برای اوتیت میانی باشد . در پژوهشی دیگر؛ سه گونه مختلف باکتریایی (اشریشیا کلی، EC، انتروکوکوس فکالیس، EF و استافیلوکوکوس اورئوس، SA) به سرعت با تفاوت‌های طیف اتوفلورسانس همراه با تکنیک تجزیه و تحلیل اجزای اصلی (PCA) شناسایی شدند. این مطالعات پیشنهاد کردند که باکتری ها را می توان به سرعت با حساسیت و ویژگی بالاتر از 90٪ تشخیص داد.
طبقه بندی باکتری ها
طیف سنجی فلورسانس برای اهداف طبقه بندی شبه موناد در سطح گونه و جنس استفاده شد . نتایج نشان داد که طیف سنجی فلورسانس ممکن است یک ابزار عالی در رویکرد چند فازی به طبقه‌بندی شبه موناد باشد. این رویکرد اطلاعات بیشتری را در مقایسه با گروه‌بندی همسانی باکتریایی rRNA و DNA ارائه می‌کند، زیرا اطلاعات بیشتری در مورد ارتباط سویه‌ها و تمایز خوب بین سویه‌هایی که تمایز آنها در روش‌های شناسایی PCR و API 20NE دشوار است، ارائه می‌کند.
بررسی قارچ ها
عفونت های قارچی در بسیاری از بیماری ها مانند دیابت، بسیاری از انواع سرطان ها، غدد درون ریز و بیمارانی که آنتی بیوتیک های طولانی مدت یا داروهای سرکوب کننده سیستم ایمنی مصرف می کنند، شایع است. تشخیص عفونت قارچی یا با بررسی مورفولوژیکی قارچ ها یا با تکنیک های بیوشیمیایی و بیولوژی مولکولی انجام می شود . این تکنیک ها ممکن است بین انواع مختلف مخمر تفاوت قائل نشوند. مطالعاتی وجود دارد که از روش اثر انگشت طیف سنجی برای تشخیص سریع قارچ‌های مختلف مانند مخمر، میکروسپوروم گیپسیوم، میکروسپوروم کانیس، تریکوفیتون schoenleinii، تریکوفیتون روبروم، اپیدرموفیتون فلوکوزوم و فوزاریوم سولانی استفاده کرده است.
تشخیص ویروس ها
مطالعات نشان می دهد که طیف سنجی فلورسانس ممکن است یک ابزار تشخیصی جدید برای تشخیص ویروس ها باشد. همچنین عفونت های ویروسی سلول ها را می توان با طیف سنجی فلورسانس پایش کرد . این مطالعات بر روی ویروس های خانواده سیستوویروس و سلول های میزبان سودوموناد انجام شد. تریپتوفان که در اشعه ماوراء بنفش فلوروفور است هم در ویروس ها و هم در پروتئین باکتری میزبان وجود دارد. در پروتئین ها، محیط ساختاری تریپتوفان یکسان نیست و این تفاوت ساختاری مسئول امضاهای طیف سنجی خاص است . این ویژگی را می توان برای نظارت بر فرآیند اتصال ویروسی و مطالعه انتشار ذرات ویروس نتاج با تجزیه و تحلیل طیف انتشار تریپتوفان در طول فرآیند عفونت مورد استفاده قرار داد.
نتیجه
در حال حاضر، تقریباً تمام تکنیک‌ها و روش‌های تشخیصی مورد استفاده برای تشخیص میکروارگانیسم‌ها کامل نیستند و محدودیت‌هایی دارند. نیاز زیادی به یک تکنیک تشخیصی وجود دارد که بتواند بر محدودیت‌ها و معایب روش‌های میکروبیولوژیکی رایج غلبه کند. مطالعات نشان می دهد که طیف سنجی فلورسانس پتانسیل زیادی برای تبدیل شدن به یک تکنیک تشخیصی عالی و کامل برای میکروارگانیسم ها دارد. در بسیاری از مطالعات تحقیقاتی، طیف‌های نشر فلورسانس به دست آمده از خاصیت اتوفلورسانس بسیاری از باکتری‌های مهم پزشکی، تمایز بین گونه‌های مختلف باکتری را ممکن می‌سازد و همچنین امکان طبقه‌بندی باکتری‌ها را به جنس، گونه و گروه می‌دهد. مطالعات تحقیقاتی اخیر نشان می دهد که ذرات ویروس را می توان در داخل سلول ها نظارت کرد و فرآیندهای مختلف عفونت های ویروسی را می توان با استفاده از طیف سنجی فلورسانس تشخیص داد. تفاوت بین میکروارگانیسم های قارچی مانند مخمر را می توان به راحتی با استفاده از انگشت نگاری طیف سنجی ایجاد کرد.
اما فقط استفاده از طیف سنجی، سؤالات زیادی وجود دارد که باید به آنها پاسخ داده شود، مانند اینکه اگر نمونه بیولوژیکی حاوی بیش از یک میکروارگانیسم باشد، چگونه بر ظاهر امضای طیفی تأثیر می گذارد و چگونه این طیف ها را برای تشخیص قطعی تفسیر کنیم.
برای افزایش کارایی می توان از طیف سنجی و تصویربرداری هم‌زمان استفاده کرد. با یک میکروسپکتروفتومتر می توان میکروارگانیسم های داخل محلول را مشاهده و در مساحت های میکرونی طیف سنجی را انجام داد. این آنالیز نقطه به نقطه نه نتها توانایی بررسی را راحت تر می کند بلکه تشخیص دقیقتری را نیز به ما می دهد.
میکرواسپکتروفتومترها قابلیت طیف گیری از نمونه های غیر شفاف را نیز دارند زیرا علاوه بر طیف های جذبی و عبوری که اسپکتروفتومتر معمولی دارند می توانند طیف های بازتابی و فت لومینسانس را نیز طیف گیری کنند.
