[发明专利]用于实时细胞监测的装置和方法

说明书

提供了一种系统，其包括衍射光栅、配置为以有限波段照射的光源、配置为检测光的零和非零衍射级的光学检测系统、和适用于分析零和非零衍射级以确定有效光学深度的时间依赖性变化的信号处理单元。还提供了使用这些系统实时检测细胞复制、微生物检测和用于选择处理微生物的治疗剂的方法。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2018年2月8日提交的美国临时专利申请号62/627,797的优先权，其全部内容通过引用以其整体并入本文。

技术领域

本发明涉及细胞监测领域。

背景技术

疾病控制中心(CDC)估计，在美国，每年有超过200万人因抗生素抗性感染而生病，至少有23,000人因此死亡。此外，它还强调了开发改进的诊断工具的重要性，这是确定耐药性特征以告知适当使用药物所必需的。这种工具还应减少对当前抗生素库的广泛过度使用和误用。

任何抗微生物敏感测试(AST)的最重要的结果是在感染治疗中对成功抗微生物剂的快速和可靠的预测。在现代诊断临床微生物学的成熟中坚持(survive)下来的医学上重要微生物的AST方法数量有限。

体外AST可以使用多种表型形式进行，最常见的是圆盘扩散、琼脂稀释、肉汤微量稀释和浓度梯度试验。目前，昂贵的基于核酸的AST方法不能检测所有的抗性标记，并且因此没有被广泛采用。下一代全基因组测序被不断升高的遗传异质性程度所混淆，这是预计会阻碍基因组方法的长期存在的问题。有几百种β-内酰胺酶和众多的突变、获得和表达机制，这导致氟喹诺酮类、氨基糖苷类和大环内酯类耐药；太多以至于无法通过当前的分子技术轻松检测到。因此，很可能在未来几年内，细菌分离株对抗微生物剂的敏感性水平的表型测量将继续具有临床相关性。

目前，AST通常使用经典的手动方法或依赖生长的自动化系统来完成。这些方法的主要限制包括需要相对大量的有生存力的起始生物、复杂的预分析处理、有限的生物谱、分析可变性、获得结果的时间漫长和成本。在过去的20年中，尽管这些技术已被应用于自动化仪器并进行了优化，但是标准诊断技术没有发生显著变化。仍然，完整的分析时间通常仅缩短了10-12小时，这最好也需要两个工作日才能提供AST分析。实验室自动化仅限于(由于成本和基础设施)整合的中央实验室，例如大型医院和区域服务实验室。当地诊所、小医院、老人院、日托机构和其他医疗机构要么执行经典的劳动密集型AST，要么将患者的样本运送到集中位置进行自动化处理。这加剧了AST成本和持续时间的问题，增加了运输消耗的成本和时间。因此，在护理点(POC)缺乏快速明确的微生物学诊断的情况下，医生经常启动经验性广谱抗生素治疗。在许多情况下，这会导致临床不良结果的风险显著增加，死亡率增加，并导致耐药病原体的出现。迫切需要开发新的自动化仪器，这些仪器可以提供更快的结果，并且由于更低的试剂成本和更少的劳动力需求而节省资金。

发明内容

本发明提供了用于测量细胞生长的系统，其包括衍射光栅、配置为以有限波段照射的光源、配置为检测光的零和非零衍射级的光学检测系统，和适用于分析零和非零衍射级以确定有效光学深度的时间依赖性变化的信号处理单元，以及其使用方法。

根据第一方面，提供了一种系统，该系统包括：

a.衍射光栅，其包括具有横向尺寸的隔室，使得细胞可装配在其中；

b.光源，其配置为以不大于25nm的有限波段照射，其产生指向衍射光栅的相干且准直的光束；

c.光学检测系统，其配置为检测来自衍射光栅的光束的零和非零衍射级；和

d.信号处理单元，其适用于分析零和非零衍射级以确定光栅的有效光学深度的时间依赖性变化并由此确定光栅中细胞生长的量度。

根据另一方面，提供了用于实时检测细胞复制或生长的方法，该方法包括：

a.将至少一种细胞接种到本发明的系统的衍射光栅中；