JP2018536413A - 生体試料のバクテリアの活動を検出する方法及び対応する検出装置 - Google Patents

生体試料のバクテリアの活動を検出する方法及び対応する検出装置 Download PDF

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Abstract

ストッパー(16)を備える試験管(12)に含まれる生体試料(14)(限定されないが特に血液試料)のバクテリアの活動を検出する方法及び対応する検出装置。【選択図】図1

Description

本発明は、検出装置でガスクロマトグラフィに基づく技術を用いて、生体試料(限定されないが特に血液試料)に含まれるバクテリア種の活動及び存在を検出するための方法に関する。
本発明はまた、生体試料に含まれるバクテリアの活動を検出するための検出装置に関する。
本発明による方法は、分析されるさまざまな生体試料においてバクテリアの存在を検出するために、例えばヒトの診断法や、獣医学分野、食品、及びその他の分野において採用され得る。
生体試料中の、バクテリアと微生物の活動を迅速かつ正確に検出することは、感染症を診断する際に、従って、正しい抗生物質治療を策定する際に基本となる。
バクテリアの活動を検出する主な直接法では、バクテリアの増殖を促進させることが可能な特異的な栄養元素を有する培地又は培養液に、生体試料を配置する。
培地又は培養液を使用する技術は、培地又は培養液の特徴と、バクテリアの増殖自体を促進させる条件と、により変化する待ち時間により特徴づけられる。
バクテリアの存在を検出する他の技術は、試験管、又は他の適切な容器(例えば一般的にバイアルと称するもの)のヘッドスペースに存在するガスを分析することである。
「ヘッドスペース」とは、検討される試料の上部に位置する密封された試験管内部の自由体積を意味する。
現在は、試験管の底に配置される錠剤とバクテリア負荷を含む生体試料とを接触させ、バクテリアより生じるガスを吸収する機能を有する培地又は培養液を加えて使用する試験管が用いられる。
米国特許出願公開第2010/0255529号には、試験管の培地に生体試料を植菌(シーディング)することによって、生体試料のガス状物質を検出するための方法が記載される。
さらにまた上記出願公開には、誤検出の可能性がある測定を排除するためバクテリアが試料に存在し複製しているという信号として、空中に通常存在するCO量と比較したCOの増加を測定することで生体試料が陽性であるか陰性であるかを区別するために、異なる時間間隔で二酸化炭素(CO)の反復測定を行う方法が記載されている。
COの検出が不確かである場合、すなわち、検出されたCOの含有量がバクテリアの存在を確実に証明するための閾値をぎりぎり超えない程度の一定の範囲にある場合は、ヘッドスペースを再度ガスで飽和させるために、第一段階に加えて、さらなる培養が第二段階として実施される。
従来の手順と比較し改良されるが、これらの技術は、試料に存在するバクテリア負荷に応じて変化するCOを検出するための時間を要する。そして、培養によりバクテリアが確実に存在すると判断できるようにするためには、数日かかることもある。
検出に要する時間が反応の即時性と一致しないことはよくあることである。
全血試料のガスを分析するために、COを検出するためのガスを捕捉する装置を用い得ることは公知である。例えば従来技術で公知である、例えばBiomerieux及びBecton Dickensonにより提案される装置が用いられ得る。
例えばF.Gardiniらによる文献、Journal of Microbiological Methods 29,1997年,103―114の、食品分野の他の解決策には、食品試料が配置される密封された試験管のヘッドスペースのCOの分析についての記載がある。そして、試験管内に存在するバクテリア数を、ヘッドスペースで測定されるCOの割合のみと相関させる。
この解決策では、血液試料に通常存在するCO量よりかなり多い、多量のCO(すなわち300ppm(parts per million)より多量)を測定することにより、食品試料のバクテリア数に関する情報を得ることは可能であるので、この特定の分野に限られる。
F.Gardiniらにより記載される解決策でも、COの量が300ppmより低い場合は、長い時間かけて測定しても正確かつ信頼性が高い結果が示されることはない。
あるいはバクテリアの存在は、試験管自体のストッパーに配置されるセンサによって(例えばVersatrek―Thermofischer装置を用いて)、確定及び測定される圧力の変化を検出することにより検出することができる。
バクテリアの活動を検出する他の技術としては、例えばCO、O、Hといった、測定され検出されるガス種を確認せずに、試験管内部で圧力の違いを評価することを提供する。
他の公知の解決策(例えば国際公開第2014/128629号(WO´629)及び国際公開第2006/079846号(WO´846))では、分析される試料に存在する菌種を確認するための方法について記載される。そして、この特定の場合では、ヘッドスペースに存在する有機物又は有機的に生成された物質である、気体サンプルを取り除き分析する。
これらの公知の解決策では、単一測定を行うが(one spotとも称する)、検討される試料におそらく存在するバクテリアの増殖及び複製に関する情報の提供はない。
米国特許出願公開第2010/0255529号 国際公開第2014/128629号 国際公開第2006/079846号
F.Gardiniらによる,Journal of Microbiological Methods 29,1997年,103―114
本発明の1つの目的は、素早く使いやすく、そして確実な結果を保証する、生体試料のバクテリアの活動及び存在を検出するための方法を完成させることである。
本発明の別の目的は、COの存在と同時にOの存在も検出することができ、例えば、CO量の増加及びOの減少(すなわち、炭素及び酸素結合を形成するために用いられる)の検証を可能にする方法を提供することである。ガス成分の連続流を計測することにより測定を行うことができる。
本発明の別の目的は、存在するバクテリアを検出するために必要とされる生体試料の量を低減できる方法を提供することであり、血液試料におけるCOを検出する公知の方法では、10mlを超える全血が用いられる試験管を必要とする。
従来技術の欠点を克服して、これらの目的とその他の目的及び利点を得るために、出願人は、本発明を考案して、テストして、実施した。
本発明は独立クレームにおいて記載され、特徴づけられる。その一方で、従属クレームには、主たる発明概念に対する、本発明又は変形例の他の特徴が記載される。
上記の目的に従い本発明は、無機ガス状物質を分析することにより、バクテリアの活動、すなわち、生体試料内で複製している生菌を検出するための方法に関する。
無機ガス状物質とは、特には限定しないが、生体試料が導入された、密封された試験管のヘッドスペースにあるCO、H、O等である。
本発明は、生菌は自身の代謝のサインとしてCOの発生を伴う活性代謝の1つを有するという原則と、減少するOの同時の測定とに基づく。
CO及びOの測定は有利には、動的測定として行われる。すなわち、さまざまな読出時間で、ヘッドスペース内部のガス状物質の連続流において行われる。
従って、密封されたバイアルに挿入される生体試料のヘッドスペースにおける動的測定の結果は時間的な測定曲線となり得え、バクテリアが複製する際の活動の動態により構成される。そして、特にCOの増加と、炭素と結合するOの減少とによって決定される。
本発明の方法は、生体試料に存在する真菌及び酵母の検出においても応用される。
従って本発明の方法は、無機ガス状物質(例えば特にCO、H及び/又はO)の含有量を分析するためにヘッドスペースに含まれるガスの除去を提供する。
実施例において、生体試料におそらく存在するバクテリアの複製を容易にするために、本発明は、ヘッドスペースに、バクテリアの複製の速度を上げる、炭化水素(メタン、エタン、プロパン及び他の類似物又は相当物質)といった補助(adjuvant)物質の導入を提供する。
有利な実施例において、本発明は試料を収集するためにバイアル内部に溶解(lysant)物質を導入する。そして、これにより赤血球を分解し、細胞間バクテリアが試料試験管で複製可能となる。
例えば、読み込みのスタートの時間T0で検出され、続く間隔T1,T2,...,Tnで経時的に再読される無機ガス状物質の存在の検出により、時間的な検出曲線(temporal detection curve)を構成することができる。そして、その成長動態に基づいて、無機物の検出によって引き起こされるその急激な変化を検出することで、バクテリアの存在を検出するための時間を低減させる。
従来技術における公知の応用とは異なり、本発明は、検出される増殖曲線(detection growth curve)を得て、例えばppmまでの量を定量化できるようにする。
可能な実施例によると、従って本発明は、1ppm〜10ppmの範囲で、生体試料のバクテリアの存在に関係する無機物(例えばCO)を同定できるようにする。
実施例において、バクテリアのための栄養物質を備える培地又は培養液を導入することも提供され、そして、有利には増殖を促進させる。このようにして、分析のために必要とされる時間を結果として減少させる、バクテリア増殖に好ましい培養が作り出される。
実施例において、CO、H及び/又はOの濃度の変化を検出するための分析は、熱電導度検出を有する高速の、小型化されたガスクロマトグラフを用いて行われる。
具体的にはマイクロ・ガスクロマトグラフを用いて、試験管内部に針を導入し、ヘッドスペース分のガス量が除去される。
この解決策では、針は、試験管のヘッドスペースで発生するガスを除去することが可能な吸引部材に接続している。
本発明の変形例によれば、2本目の針を用いて試験管の内部から採取される量のガスを再導入することについても提供される。
マイクロ・ガスクロマトグラフ内部へヘッドスペース量のガスを再導入することにより、マイクロ・ガスクロマトグラフが無機ガス状物質の検出を容易にするガスの循環を作り出せるようにする。
流れを測定することにより、針に接続されるポンプが吸引可能なガス状物質を有することができるように、時間ごと検出できる量のガス状物質の増加値(δ)を測定できるようにする。
連続流を測定することより、第2(2回目)の試料採集で、測定可能かつ利用可能なガスを見つけ、測定時間にCOの増加及びOの減少を比較できるようにする。
再循環するこの流れがなければ、第2の試料採集により利用できるガスは発見されない。なぜなら、それは第1の試料採集によって抽出されているからだ。
実施例において、生体試料の撹拌又は細菌培養ができるように、磁性素子を試験管内部に設けることができる。
被検試料の混合は、溶解物質の挿入により赤血球の細胞溶解を容易にするだけでなく、培養液に栄養素材料を供給するために、バクテリアの複製を促進させる。
添付の図面を参照して非限定的な実施例として与えられ、本発明のこれらの特徴および他の特徴は、いくつかの実施例の以下の説明から明らかになる。
一実施例による検査法の概略図である。
理解しやすくするために、可能であれば、図面中の同一の共通の要素を識別するために、同じ参照番号が使用されている。一実施例の要素及び特徴が、更なる説明なしに他の実施例に適宜組み込まれることができるものと理解される。
図1は、生体試料が入った気密封止試験管の、CO、H及び/又はOの存在及び量を検出することによって、バクテリアの活動を検出するための、すなわち、生きており複製しているバクテリアの存在を検出する方法10を記載するために用いる。
例えば、生体試料14は、以下に限定されないが、血液、尿、唾液、粘液、涙液、又は他の適切な試料から成ることができる。
実施例において、生体試料14は、試験管又はバイアル12に挿入されて、最適に封止され殺菌される。
試験管12は、自己気密する膜(例えばゴム)を備え、そして、例えば針が通過できるストッパー16によって封止される。
試験管12内部に最低限の生体試料14(例えば5ml未満)を導入することによって、生体試料14は分析される。
たとえ少量の生体試料14しか利用できない場合も、例えば新生児のための分析の場合も、この態様により有利には本方法を適用できるようにする。
本発明の一態様では、試験管12内の、ストッパー16と生体試料14の高さ間に定められる、すなわち生体試料14より上部には、自由体積又はヘッドスペース18が残される。
ヘッドスペース18では、ガス又は揮発性物質の蓄積が可能である。それは、バクテリア(バクテリア異化作用)によって試験管12内部で増殖の間に生じる無機ガス状物質である。
以下に、例えばCO、H及び/又はOといった無機ガス状物質として理解される揮発性物質を参照する。無機ガス状物質は、本開示内容において定められ、有機物を含まない。
実施例において、容積分析で定められた分量のガスは検出装置22に送られるが、これについては後述する。
従って、少なくとも1つのステップは、試験管12に存在するヘッドスペース18から気体サンプルを採取することである。
他の実施形態では、検出装置22は、GC分析を実行するガスクロマトグラフ又はマイクロ・ガスクロマトグラフ22である。
小型化され、移行容積(transfer bulk)を最低限まで低減するよう最適に構成される、マイクロ・ガスクロマトグラフ22は、ストッパー16を穿孔する装置も備える。
実施例において、ヘッドスペース18内部から気体サンプルを採取するために、試験管12のストッパー16を穿孔し、その内部にバクテリアにより発生するガスが存在する、生体試料14の上部で所望量のガス質量を吸い上げる針装置20を使用する。
その後気体サンプルは、CO、H及び/又はOの存在及び/又は量を検出するために、マイクロ・ガスクロマトグラフ22によって分析される。
特に、マイクロ・ガスクロマトグラフ22は、制御及び命令装置28を提供する。
可能な実施例によれば、マイクロ・ガスクロマトグラフ22は、1ppm〜10ppmの範囲で、生体試料のバクテリアの存在に関連する無機物(例えばCO、H及び/又はO)を同定するように構成される。
制御及び命令装置28はCO30の検出パターンを処理することができる。すなわち、ヘッドスペース18で生じ、存在するガス状異化作用物質の検出パターンである。
さらにまた、別の方法としてか、COの測定に加えて、制御及び命令装置28は、検出パターンO32を処理することができる。
同時にCO又はOのような2種類以上の無機ガス状物質の時間的変化を同時に測定できることで、それぞれのパターンを関連付けて、正確で信頼性が高くかつ完全な結果を得ることができる。
さらに測定は、ヘッドスペースにガスを測定毎に再導入することによって行われる。その結果、順番に測定が行われ、各物質の時間的進化、そしてそれ故に、関連付けられたバクテリアの活動の時間的な進化を得ることができる。
特に、除去と、続く再導入手順では、測定時間0(T0)で、試験管内部全ての気体成分を取り除くことができる。吸引の前にすでに物質すべてを吸い込んでしまうため、時間T1の同じ試験管の第2の読み取りでは、真空(別名:陰圧)となる。
従って、吸い込まれた物質の同じ試験管への再導入により、時間T0、T1、T2、T3...の、2、3、又は4回目の読み込みで、バクテリアの検出の成分対象の測定評価が可能となる。
従って、時間T0、T1、T2、T3...の時間的及び再分割された測定において、無機成分が時間とともに増加又は安定するどうか検出することができる。実施例において針装置20は、ヘッドスペース18から気体サンプルを採取するために針24を備える。
試験管12の陽圧により、気体サンプルの採取が可能となり、気体サンプルがマイクロ・ガスクロマトグラフ22内に入ることができる。
実施例において、試験管12内部の圧力が大気又は負圧に等しい場合、存在するガス種及び検討されるガス種が低濃度であるためにも、ヘッドスペース18内部でのガス種の測定を促進するために、針装置20の回路に組み込まれ、針24に接続する吸引部材29による吸引を用いて、試験管12から気体サンプル気体を採取することができる。
他の実施形態では、針装置20は、2本の針24を備える。特に2本目の針24は、試験管12内部でヘッドスペース18から採取されるガスを再導入するのに適している。
2本目の針24は、試験管12内にある量の気体サンプル(を導入するため)の導入部材33に接続され得る。
2本の針24があるので、試験管12内部でガスを再循環させることができ、従来技術において前述されるような、ヘッドスペース18にCOを放出するための待ち時間が生じないようにする。
さらにまた、バクテリアの代謝が促進されるにつれて、CO、Oの定期的な測定は増加する。そして、Oの考えられる定期的な測定を容易にする。
ヘッドスペースの定期的な測定(1種以上の定義済み時間間隔で実施される)は、存在するバクテリア量の関数として、動的測定、すなわち時間と関連する測定を与える。
時間に対して検出されるガス状物質の成長動態(おそらくグラフにより表される)を得るように、マイクロ・ガスクロマトグラフ22を用いることにより、検出されて、測定される、増大するガス状物質の量を検出できるようになる。
実施例において、生体試料14は、培養液の入った試験管12内部に接種され導入され得る。
生体試料14は培地又は培養液と共に、潜伏期間を待った後に、バクテリア培養26を形成する。
他の実施形態では、本方法は、発育を良好にする培養液を用いることなく、そのままの生体試料14を試験管12内部へ導入することを備える。
他の実施形態では、補助物質を試験管12内部に導入することができ、これにより、生体試料14におそらく存在する菌種の代謝プロセスを加速することが可能である。
例えば、補助物質については、ガス状物質(例えばメタン、エタン、プロパン、又はその他ガス)、液体、又は固体物質を意味する。
他の実施形態では、赤血球内部のバクテリアを解放するために、生体試料14又はバクテリア培養26内部に溶解物質を導入することができる。
例えば、隔離(sequestrant)物質については、抗生物質治療開始後に試料に存在する抗生物質に対して隔離作用を及ぼすことが可能な炭素又は樹脂、又はその他の物質を意味する。
他の実施形態では、図面に示されないが、バクテリア培養26を撹拌するために、磁性素子が試験管12の一番下に導入される。
磁性素子は、バクテリア培養(液)26を回転させる撹拌装置と相互作用するので、培地又は培養液に存在する代謝物質と、バクテリアとの接触を促す。そして、その増殖を促進させ、バクテリアが存在し得る赤血球を破壊するために溶解物質との混合が改良される。
マイクロ・ガスクロマトグラフ22を用いた気体サンプルに存在するガス、特にCO又はOの分析によると、非常に急速に、例えば5〜40秒で結果を得ることができる。
実施例において、特定タイプの真空試験管12で、この方法が適用されることもできる。
このようにして、患者から直接、例えば血液といった生物学的液体を採取するシステムから直接生体試料14を取り出すことができる。
変形実施例によれば、必要となる場合、方法10は、試験管12内部の圧力を検出するステップを備える。このようにして、生体試料に存在するバクテリアのクラス又は種類を同定するために付加的なパラメータを検出することができる。
例えば、バクテリアの異化作用により生じるヘッドスペース18に存在するガス種を測定し、検出し、そして同時に小型化されたセンサを用いて試験管12の圧力の全変動を測定することができる。
ここまで述べた方法10及び検出装置22に対して、本発明の分野及び範囲から逸脱することなく各部の修正及び/又は追加を行うことができることは明らかである。
いくつかの具体例を参照して本発明を説明したが、当業者が方法10及び検出装置22の多くの他の同等の形状を達成することが確実に可能であることは明白でもあり、そして、請求項にて説明するような特徴を有しており、それ故、全てここに定められる保護範囲内となる。

Claims (17)

  1. 生体試料(14)の、限定されないが特に血液試料のバクテリアの活動を検出する方法であって、
    密封され殺菌された試験管(12)に、前記生体試料(14)を導入するステップと、
    前記試験管(12)内部で、前記生体試料(14)より上に、ガスの蓄積のためのヘッドスペース(18)を定めるステップと、
    前記ヘッドスペースから気体サンプルを採取するステップと、
    1ppm〜10ppmの前記生体試料(14)において、バクテリアの代謝によって発生する無機物の存在を検出するのに適した流れで、マイクロ・ガスクロマトグラフ(22)を用いて、特に前記気体サンプルに存在するCO、H及び/又はOといった無機ガス状物質の内容を分析するステップと、を備え、
    前記無機物の前記検出は、増加するCOと減少するO両方で測定される前記無機物に関する増殖曲線を得るために、さまざまなサンプリング時間で連続流において実施されることを特徴とする方法。
  2. 前記ヘッドスペース(18)から気体サンプルを採取するステップと、
    同時にセンサを用いて前記試験管(12)の圧力の全変動を測定するステップと、を備えることを特徴とする請求項1記載の方法。
  3. ストッパー(16)を介して前記試験管(12)に針(24)を導入することによって、前記ヘッドスペース(18)から気体サンプルを採取するステップと、
    前記ヘッドスペース(18)に存在するガス容積を再循環させるために、導入部材(33)に接続される2本目の針(24)を用いて、前記試験管(12)から採取される量の前記気体サンプルを前記試験管(12)に再導入するステップと、を備えることを特徴とする、請求項1又は2記載の方法。
  4. 前記ヘッドスペース(18)に存在する個々の前記無機ガス状物質の成長動態を得るために、前記マイクロ・ガスクロマトグラフ(22)によって、1つ以上の既定の時間間隔において、前記ヘッドスペース(18)に存在する前記ガス状物質の動的測定を実施するステップを備えることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項記載の方法。
  5. 毎回、前記気体サンプルを採取した後に、前記ヘッドスペースに前記気体サンプルを再導入するステップと、
    時間の経過で、前記ヘッドスペースの有機成分が増加したか一定かを検出するために、順番に新しい測定を実行するステップとを備えることを特徴とする請求項3又は4記載の方法。
  6. 前記試験管(12)内部の前記生体試料(14)と共に、培地又は培養液を導入するステップを備えることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一項記載の方法。
  7. 何も添加しないそのままの生体試料(14)のみを前記試験管(12)内部に導入するステップを備えることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一項記載の方法。
  8. 前記バクテリアの複製速度を上げるのに適した補助物質を前記試験管(12)に導入するステップを備えることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか一項記載の方法。
  9. 前記補助物質は、炭化水素(例えばメタン、エタン、プロパン又は、類似物又は相当物質)であることを特徴とする請求項8記載の方法。
  10. 前記生体試料(14)におけるバクテリアの存在及び/又は検出能力を高めることが可能な溶解物質を使用するステップを備え、
    前記溶解物質は、赤血球内部でバクテリアの検出を促進させることが可能であることを特徴とする請求項8記載の方法。
  11. 前記生体試料(14)を撹拌するために磁性素子を導入するステップを備えることを特徴とする請求項1乃至10のいずれか一項記載の方法。
  12. 患者から前記生体試料(14)を直接採取するために、真空下で前記試験管(12)に前記生体試料(14)を導入するステップを備えることを特徴とする請求項1乃至11のいずれか一項記載の方法。
  13. 見込まれる抗生物質の隔離物質が、生体試料(14)又はバクテリア培養(26)の内部に導入されることを特徴とする請求項1乃至12のいずれか一項記載の方法。
  14. 前記試験管(12)に存在する圧力を検出するステップを備えることを特徴とする請求項1乃至13のいずれか一項記載の方法。
  15. ストッパー(16)を備える試験管(12)に含まれる生体試料(14)の、限定されないが特に血液試料のバクテリアの活動を検出する検出装置であって、
    前記検出装置は、小型化されて移動可能であるガスクロマトグラフィ検出装置又はマイクロ・ガスクロマトグラフ(22)を備え、
    吸引部材(29)に接続される前記ストッパー(16)を穿孔し、前記試験管(12)のヘッドスペース(18)から気体サンプルを採取するための少なくとも1本の針(24)を備えており、
    少なくとも前記吸引部材(29)は、制御及び命令装置(28)により調整されることを特徴とする装置。
  16. 前記試験管(12)に再び前記ヘッドスペース(18)から採取される量の前記気体サンプルを再導入するのに適した2本目の針(24)を少なくとも備え、
    前記2本目の針(24)は、試験管(12)内にある量の前記気体サンプルを導入するための導入部材(33)に接続されることを特徴とする請求項15記載のバクテリアの活動を検出する検出装置。
  17. 前記マイクロ・ガスクロマトグラフ(22)は、1ppm〜10ppmの前記生体試料(14)のバクテリアの存在に関係する、無機物(例えば特にCO、H2、及び/又はO)を同定するように構成されることを特徴とする請求項15又は16記載のバクテリアの活動を検出する検出装置。
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