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嘉峪檢測網(wǎng) 2018-03-23 09:52
質(zhì)譜技術(shù)的歷史可追溯到19世紀(jì)末,正電荷粒子的發(fā)現(xiàn)以及正電荷粒子束在磁場中發(fā)生偏轉(zhuǎn)的現(xiàn)象為質(zhì)譜技術(shù)的誕生奠定了實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。20世紀(jì)初,英國物理學(xué)家Thomson研制成第一臺磁式質(zhì)譜儀,由此獲得1906年諾貝爾物理學(xué)獎。1919年Aston改進(jìn)了質(zhì)譜儀的聚焦性能,并用該方法揭示同位素存在的普遍性,隨后于1922年獲得諾貝爾化學(xué)獎。Aston的研究開啟了現(xiàn)代質(zhì)譜學(xué)的大門。此后Dempster提出了質(zhì)譜分析基本理論和儀器設(shè)計(jì)理論。發(fā)展至此,質(zhì)譜技術(shù)從理論到實(shí)際應(yīng)用的體系已基本成型。
早期質(zhì)譜技術(shù)主要用于同位素測定和無機(jī)元素分析。隨著技術(shù)的進(jìn)步,其應(yīng)用涵蓋了石油工業(yè)、化學(xué)工業(yè)以及有機(jī)物分析等領(lǐng)域。20世紀(jì)60年代,氣相色譜聯(lián)合質(zhì)譜模式的出現(xiàn)使得質(zhì)譜技術(shù)首次進(jìn)入生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。20世紀(jì)70年代末,隨著大氣壓電離技術(shù)的成功研發(fā)和日趨成熟,液相色譜-質(zhì)譜(liquid chromatography-mass spectrometry,LC-MS)模式以高靈敏度、高分辨率和高準(zhǔn)確性等特點(diǎn),深受科研人員和臨床檢測的青睞。20世紀(jì)80年代,快原子轟擊、電噴霧和激光輔助解吸等"軟電離"技術(shù)的發(fā)展,使生物大分子轉(zhuǎn)變成氣相離子成為可能,更適合蛋白質(zhì)、酶、核酸和糖類等生物大分子聚合物的檢測,大大拓寬了質(zhì)譜技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用。1994年美國《分析化學(xué)》雜志登載的相關(guān)綜述中宣布"生物質(zhì)譜學(xué)的時代已經(jīng)到來"。
2008年,PUBMED數(shù)據(jù)庫中以"mass spectrometry"為關(guān)鍵詞的文章量已超過1萬篇/年,近十年來明顯呈逐年攀升的趨勢。目前常用于臨床診斷領(lǐng)域的質(zhì)譜技術(shù)包括液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜(liquid chromatography-tandem mass spectrometry,LC-MS/MS)、基質(zhì)輔助激光解吸電離飛行時間質(zhì)譜(matrix-assisted laser desorption/ionization time of flight mass spectrometry,MALDI-TOF)、四極桿液相色譜-質(zhì)譜和電感耦合等離子體質(zhì)譜(inductively coupled plasma mass spectrometry,ICP-MS)等。其中MALDI-TOF和LC-MS/MS分析技術(shù)在全球質(zhì)譜市場中發(fā)展最快,前者可檢測多肽、蛋白質(zhì)、多糖、核苷酸、糖蛋白、高聚物以及多種合成聚合物,多用于微生物和蛋白組學(xué)領(lǐng)域;后者可檢測小分子代謝物,多用于如應(yīng)用于產(chǎn)前檢查、新生兒篩查、治療藥物監(jiān)測、激素和代謝物檢查等領(lǐng)域。(羅輯君注,很多人咨詢過這個問題,問MALDI-TOF和LC-MS/MS兩者的區(qū)別,這里的檢測應(yīng)用說明的很詳細(xì)了,簡單地講,一個是氣質(zhì)聯(lián)用,檢測的樣本需要高溫解離再做質(zhì)譜分析,一個是液質(zhì)聯(lián)用,分析的樣本做液相分離后做質(zhì)譜分析)
一、質(zhì)譜檢測技術(shù)在國外醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)領(lǐng)域的應(yīng)用概況
歐美發(fā)達(dá)國家最早將質(zhì)譜技術(shù)引入醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)部門,發(fā)展相對成熟。目前,服務(wù)于臨床診療的質(zhì)譜檢測項(xiàng)目已達(dá)400余項(xiàng),主要涉及臨床化學(xué)、臨床免疫學(xué)以及臨床微生物鑒定等領(lǐng)域,亦被用于建立臨床化學(xué)檢測項(xiàng)目的參考測量程序和研制參考物質(zhì)。隨著臨床對個體化和精準(zhǔn)化醫(yī)療需求的增加,基于質(zhì)譜技術(shù)的基因組學(xué)、蛋白組學(xué)、代謝組學(xué)等研究成果正不斷轉(zhuǎn)化至臨床實(shí)踐。最近全自動化的LC-MS/MS分析儀器問世,這將大大推動質(zhì)譜分析技術(shù)在醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)領(lǐng)域更廣泛應(yīng)用。
(一)質(zhì)譜技術(shù)在臨床化學(xué)中的應(yīng)用
歐美發(fā)達(dá)國家已廣泛開展的質(zhì)譜臨床化學(xué)檢驗(yàn)項(xiàng)目,包括新生兒遺傳代謝病篩查、激素及其代謝物檢測、治療藥物監(jiān)測、維生素D檢測和微量元素檢測等。
以1961年質(zhì)譜技術(shù)用于新生兒苯丙酮尿癥的篩查作為起點(diǎn),隨著質(zhì)譜技術(shù)的發(fā)展,目前歐美發(fā)達(dá)國家已經(jīng)使用串聯(lián)質(zhì)譜技術(shù)對多個代謝產(chǎn)物進(jìn)行聯(lián)合檢測,可篩查超過30種新生兒遺傳代謝疾病,包括先天性甲狀腺功能減退癥、苯丙酮尿癥、先天性腎上腺皮質(zhì)增生、葡萄糖-6-磷酸脫氫酶缺乏癥、囊胞性纖維癥、半乳糖血癥、氧化脂肪酸缺陷癥、有機(jī)酸尿癥和尿素循環(huán)缺陷癥等。
2003年Herold和Fitzgerald針對免疫方法檢測低濃度性激素的不足,調(diào)侃道"與其使用免疫方法評估女性患者體內(nèi)的睪酮水平,不如隨便猜測來得更方便"。2007年美國病理家學(xué)會(College of American Pathologists,CAP)進(jìn)行了一項(xiàng)研究,將3種不同濃度的睪酮標(biāo)本分發(fā)給各臨床檢驗(yàn)部門進(jìn)行檢測,發(fā)現(xiàn)同一免疫學(xué)方法不同實(shí)驗(yàn)室的檢測CV為13%~32%,同一樣本的檢測結(jié)果的差異達(dá)2~6倍。鑒于免疫方法的檢測結(jié)果易受多因素干擾,2010年美國內(nèi)分泌學(xué)會發(fā)表共識,推薦使用質(zhì)譜技術(shù)檢測睪酮及其代謝物,這無疑確定質(zhì)譜技術(shù)在檢測體內(nèi)激素及其代謝物檢測的價(jià)值和地位。2014年J Clin Endocrinol Metab雜志更是宣布,從2015年開始將只接受質(zhì)譜法檢測類固醇激素的研究稿件。
在臨床用藥過程中,某些藥物的安全治療窗較窄,一旦過量使用易導(dǎo)致毒性或成癮反應(yīng),因此藥物濃度需要控制在合適范圍內(nèi)。免疫方法雖簡單易行,但一次僅能檢測一種藥物,且易受外源性和內(nèi)源性物質(zhì)干擾,無法很好滿足臨床的要求。質(zhì)譜技術(shù)以其高靈敏、高特異性、多物質(zhì)同時檢測的特性(質(zhì)譜分析的特點(diǎn)優(yōu)勢),可用于指導(dǎo)臨床精準(zhǔn)用藥,提高臨床工作的效率。目前國外已在臨床開展免疫抑制劑、疼痛治療藥物、抗精神病藥物、麻醉藥、抗逆轉(zhuǎn)錄病毒藥物等檢測項(xiàng)目。
(二)質(zhì)譜技術(shù)在臨床微生物中的應(yīng)用
臨床微生物檢驗(yàn)在感染性疾病診斷、用藥指導(dǎo)、醫(yī)院感染控制、抗菌藥物管理等多方面均扮演著不可或缺的角色?;诒硇偷膫鹘y(tǒng)微生物鑒定方法,包括革蘭染色、微生物培養(yǎng)和生化試驗(yàn)等,因檢測同轉(zhuǎn)時間較長、方法敏感性欠佳,影響病原微生物鑒定的速度和準(zhǔn)確性,一定程度上影響了感染性疾病早期的診療。得益于快速、準(zhǔn)確、靈敏、自動化及高通量等優(yōu)勢,質(zhì)譜技術(shù)在微生物領(lǐng)域的應(yīng)用范圍越來越廣,已用于多類型樣本中細(xì)菌和真菌的直接鑒定,并在微生物耐藥性分析、分型和毒力研究等方面也已顯現(xiàn)成效。在歐美等發(fā)達(dá)國家,質(zhì)譜技術(shù)已在臨床微生物實(shí)驗(yàn)室逐漸得到普及,在很大程度上取代傳統(tǒng)微生物鑒定方法服務(wù)于臨床診療。
質(zhì)譜技術(shù)對微生物的精準(zhǔn)鑒定和分析基于已建立的微生物胞膜蛋白質(zhì)、脂多糖、核酸等的指紋數(shù)據(jù)庫(質(zhì)譜分析的基石:數(shù)據(jù)庫是關(guān)鍵)。目前,僅有3種市售的數(shù)據(jù)庫MALDI Biotyper數(shù)據(jù)庫(Bruker Dahonics,German),Saramis(BioM6rieux,用于來自Shimadzu的質(zhì)譜設(shè)備)和Andromas(可與布魯克道爾頓或Shimadzu硬件兼容)供臨床檢驗(yàn)部門參考。根據(jù)數(shù)據(jù)庫的不同,微生物鑒定結(jié)果有所差異,如在布魯克公司某些型號的質(zhì)譜儀數(shù)據(jù)庫以芽胞桿菌屬和乳酸桿菌屬的數(shù)據(jù)最多,沙門菌屬僅有16個種,尚缺乏志賀菌、布魯菌以及霍亂弧菌的相關(guān)數(shù)據(jù)及指紋圖譜;Micromass公司的數(shù)據(jù)庫內(nèi)含有志賀菌的數(shù)據(jù),但少見芽胞桿菌屬的數(shù)據(jù)。近年來,歐美發(fā)達(dá)國家致力于完善商業(yè)化的鑒定數(shù)據(jù)庫,如Mayo Clinic Custom MALDI-TOF MS數(shù)據(jù)庫目前已經(jīng)囊括1 599個質(zhì)譜詞目,包括了商業(yè)數(shù)據(jù)庫中未入庫的微生物數(shù)據(jù)。
(三)質(zhì)譜技術(shù)在檢測標(biāo)準(zhǔn)化中的應(yīng)用
質(zhì)譜技術(shù)常作為參考方法,用于建立參考測量程序和為校準(zhǔn)品賦值。1974年,Siekmann等最早建立了采用氣相色譜-質(zhì)譜技術(shù)的檢測醛固酮的參考方法,此后采用質(zhì)譜技術(shù)的參考方法的擴(kuò)展至檢測非肽類激素、代謝物和某些底物等方面。1997年,國際物質(zhì)量咨詢委員會(Consultative Committee for Amount of Substance,CCQM)將同位素稀釋質(zhì)譜原理定為一級(基準(zhǔn))測量原理之一,自此基于同位素稀釋質(zhì)譜原理的方法在生物和臨床化學(xué)溯源性和標(biāo)準(zhǔn)化研究中受到重視。截止2015年,JCTLM公布的79個分析項(xiàng)目中,有近一半的參考測量程序采用的是液質(zhì)聯(lián)用或氣質(zhì)聯(lián)用技術(shù),主要用于藥物、代謝物和底物、非肽激素、蛋白質(zhì)和維生素和微量營養(yǎng)物項(xiàng)目檢測。質(zhì)譜技術(shù)為醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的研制提供了技術(shù)保障,是目前臨床檢驗(yàn)參考方法的最佳選擇。
(四)質(zhì)譜技術(shù)臨床應(yīng)用的規(guī)范化
2007年CLSI首先發(fā)布C50A Mass Spectrometry in the Clinical Laboratory文件,內(nèi)容主要涉及質(zhì)譜技術(shù)在臨床檢驗(yàn)部門開展的總體原則,但未提供方法開發(fā)、確認(rèn)和質(zhì)量評估等方面的參考。2014年CLSI出臺C62-A Liquid Chromatography-Mass Spectrometry Methods指導(dǎo)文件,闡述儀器常規(guī)使用和方法開發(fā)前所需考慮的要點(diǎn),提出了方法研發(fā)、性能預(yù)確認(rèn)、性能確認(rèn)、質(zhì)量評估和實(shí)施后監(jiān)測的最佳方案,旨在為臨床檢驗(yàn)部門提供全面、普適的方法開發(fā)和確認(rèn)路徑框架,使質(zhì)譜的檢測性能符合臨床應(yīng)用需求。標(biāo)準(zhǔn)化指南文件引導(dǎo)美國質(zhì)譜分析技術(shù)的臨床應(yīng)用步入科學(xué)規(guī)范的發(fā)展之路。
二、質(zhì)譜檢測技術(shù)在我國醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀和未來發(fā)展思考
(一)我國質(zhì)譜檢測技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀
我國臨床醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)部門的質(zhì)譜技術(shù)應(yīng)用處于起步階段,無論是數(shù)量還是種類都與歐美等發(fā)達(dá)國家相距甚遠(yuǎn)。僅有少量第三方醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)和三甲醫(yī)院開展質(zhì)譜技術(shù)相關(guān)的臨床檢測項(xiàng)目,且大多僅作為臨床研究,無法滿足臨床個體化和精準(zhǔn)化診療日趨增長的需求。專業(yè)人才的稀缺,方法建立和性能評價(jià)經(jīng)驗(yàn)的匱乏,臨床應(yīng)用指南和管理政策的缺失,以及臨床轉(zhuǎn)化研究的欠缺,這些都嚴(yán)重阻礙質(zhì)譜技術(shù)轉(zhuǎn)化至臨床實(shí)踐。對于我國臨床檢驗(yàn)部門現(xiàn)狀而言,質(zhì)譜技術(shù)臨床應(yīng)用的發(fā)展需求遠(yuǎn)重于監(jiān)管需求。如何滿足日益增長的臨床需求,鼓勵質(zhì)譜技術(shù)在醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)中得到科學(xué)普及和規(guī)范應(yīng)用是我們需要考慮的問題。
(二)我國質(zhì)譜檢測技術(shù)的發(fā)展思考
專業(yè)人才培養(yǎng)是醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)部門迎接質(zhì)譜檢測時代來臨的基礎(chǔ)。不同于臨床常規(guī)檢測,質(zhì)譜技術(shù)專業(yè)人才需經(jīng)過長期培訓(xùn)、臨床實(shí)踐和經(jīng)驗(yàn)積累,醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)部門應(yīng)在引入質(zhì)譜技術(shù)前充分重視專業(yè)人員的培養(yǎng)工作。目前國內(nèi)臨床醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)部門缺乏大量有經(jīng)驗(yàn)的質(zhì)譜技術(shù)專業(yè)人才,這嚴(yán)重制約了質(zhì)譜技術(shù)快速轉(zhuǎn)化至臨床實(shí)踐。
質(zhì)譜檢測相關(guān)人員學(xué)歷背景和工作經(jīng)歷的多樣化和分層化是保障日常工作正常有序開展的重要條件。質(zhì)譜技術(shù)復(fù)雜程度高,加之國內(nèi)臨床研發(fā)缺乏足夠的技術(shù)支持,因而建議配備具有分析化學(xué)背景的專業(yè)人才(玩質(zhì)譜玩的最溜的是分析化學(xué)專業(yè)的人,大部分人在化學(xué)系,而生物系和醫(yī)學(xué)系這方面的人才很少很少)以便進(jìn)行檢測方法的研發(fā)和檢測系統(tǒng)性能優(yōu)化。檢測結(jié)果審核分析、臨床溝通、報(bào)告解讀、規(guī)范建議解釋等工作應(yīng)由具有臨床專業(yè)背景的人員實(shí)施,以確保結(jié)果解釋的科學(xué)合理性。實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)人或項(xiàng)目負(fù)責(zé)人需具有較好的綜合管理能力,包括人員培訓(xùn)、流程優(yōu)化及標(biāo)準(zhǔn)化、方法維護(hù)、質(zhì)量控制等方面,以確保質(zhì)譜技術(shù)臨床應(yīng)用的科學(xué)和規(guī)范。
我國醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)部門對質(zhì)譜檢測新項(xiàng)目建立和方法性能評價(jià)的經(jīng)驗(yàn)相對不足,大多參照國外文獻(xiàn)和少部分國內(nèi)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行方法學(xué)建立、性能評價(jià)、設(shè)立評估標(biāo)準(zhǔn)和質(zhì)量管理。這種自我管理模式為內(nèi)部質(zhì)量管理和外部標(biāo)準(zhǔn)化帶來巨大挑戰(zhàn),因此亟待我國相關(guān)部門出臺針對質(zhì)譜相關(guān)的臨床實(shí)踐指南以規(guī)范質(zhì)譜臨床檢測。本期《中華檢驗(yàn)醫(yī)學(xué)雜志》刊載了由中華醫(yī)學(xué)會檢驗(yàn)醫(yī)學(xué)分會、國家衛(wèi)生計(jì)生委臨床檢驗(yàn)中心共同起草《液相色譜-質(zhì)譜臨床應(yīng)用建議》,旨在為實(shí)驗(yàn)室管理和操作人員以及監(jiān)管機(jī)構(gòu)提供檢測方法建立、性能確認(rèn)和質(zhì)量管理等方面的參考。這一應(yīng)用建議參考了國內(nèi)醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)部門的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),借鑒了CLSI的C50-A和C62-A文件,并先后征詢大量檢驗(yàn)醫(yī)學(xué)和分析化學(xué)工作者的意見。該應(yīng)用建議的發(fā)布和推廣將有利于促進(jìn)質(zhì)譜技術(shù)在我國醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)部門的規(guī)范應(yīng)用和科學(xué)發(fā)展。
國內(nèi)不同醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)部門間技術(shù)水平與服務(wù)能力參差不齊,人員素質(zhì)和檢測系統(tǒng)存在顯著差異,若放松對質(zhì)譜技術(shù)臨床應(yīng)用的監(jiān)督和管理,任其恣意發(fā)展,最終帶來的只能是"亂象"。而直接參照美國FDA的監(jiān)管設(shè)想則將可能極大阻礙我國質(zhì)譜技術(shù)在醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)領(lǐng)域的發(fā)展。面對"一放就亂,一管就死"的兩難局面,如何尋找適合我國國情的科學(xué)合理監(jiān)管新模式仍需不斷探索。目前我國臨床實(shí)驗(yàn)室質(zhì)譜技術(shù)的開展情況遠(yuǎn)落后于歐美等發(fā)達(dá)國家,且相關(guān)管理模式仍處于摸索階段,因此需臨床醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)部門、臨床醫(yī)生和相關(guān)管理部門三方協(xié)力,共同推動質(zhì)譜技術(shù)的科學(xué)和規(guī)范發(fā)展。目前的情況下臨床醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)部門需加強(qiáng)自我管理,包括檢測性能確立與臨床應(yīng)用評估、建立完善實(shí)驗(yàn)室質(zhì)量控制體系、編寫從標(biāo)本采集到結(jié)果解釋全過程的規(guī)范化操作規(guī)程,同時在檢測項(xiàng)目或方法開展后密切和臨床醫(yī)生溝通合作,一起做好結(jié)果解釋與患者教育的工作。相關(guān)監(jiān)管部門可通過材料審查、現(xiàn)場監(jiān)督、用戶調(diào)研等多種措施定期評估質(zhì)譜技術(shù)臨床應(yīng)用的安全性及有效性;同時效仿國外的室間質(zhì)量評價(jià)計(jì)劃,研制相關(guān)室間質(zhì)量評價(jià)物質(zhì),制定合適的室間質(zhì)量評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。
在商品化檢測方法正式投入臨床使用前,廠商會招募正常人群、疾病對照組以及疾病組以建立和驗(yàn)證檢測方法的正常人參考范圍,設(shè)立適當(dāng)人群的醫(yī)學(xué)決定水平。目前,臨床現(xiàn)行疾病診療指南中的臨床決策切點(diǎn)大都依據(jù)常規(guī)檢測方法的結(jié)果設(shè)立。質(zhì)譜技術(shù)與常規(guī)生化、免疫方法的檢測原理截然不同,檢測值也會有所差異,因此質(zhì)譜技術(shù)應(yīng)用于臨床前需重新建立表面正常人群參考區(qū)間和適宜人群的醫(yī)學(xué)決定水平,而非直接轉(zhuǎn)化。單一檢驗(yàn)部門無法單獨(dú)完成以上工作,目前最切實(shí)際可行的方式就是篩選綜合實(shí)力強(qiáng)、質(zhì)量控制好的部分有需求有能力的醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)部門作為試點(diǎn)單位,收集和分析試點(diǎn)的檢測數(shù)據(jù),建立大樣本多中心的研究隊(duì)列,完成新項(xiàng)目或新技術(shù)的臨床參考范圍和醫(yī)學(xué)決定水平的確立。試點(diǎn)運(yùn)行不僅能促進(jìn)快速的研究成果轉(zhuǎn)化為臨床實(shí)用技術(shù),也可為相關(guān)部門著手制訂詳細(xì)技術(shù)規(guī)范和管理要求提供經(jīng)驗(yàn)和參考,可由點(diǎn)及面將經(jīng)驗(yàn)和成果分級推廣和輻射至其他醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)室,推動醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)發(fā)展,提升臨床診療水平,提高患者健康質(zhì)量,最終提高我國醫(yī)療水平。
三、質(zhì)譜檢測技術(shù)的應(yīng)用前景
個體化和精準(zhǔn)醫(yī)療的發(fā)展在很大程度上依靠準(zhǔn)確可靠的檢測結(jié)果,尤其高新檢測技術(shù)(例如質(zhì)譜技術(shù))。質(zhì)譜技術(shù)的臨床應(yīng)用成果在臨床生化檢驗(yàn)、臨床免疫學(xué)檢驗(yàn)、臨床微生物檢驗(yàn)以及臨床分子生物診斷等領(lǐng)域中已開始顯現(xiàn)成果,成為臨床常用檢測技術(shù)的一種重要技術(shù)。質(zhì)譜技術(shù)的臨床應(yīng)用前景廣闊。我們應(yīng)該滿懷熱情地歡迎質(zhì)譜技術(shù)進(jìn)入醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)領(lǐng)域,科學(xué)積極地推進(jìn)質(zhì)譜技術(shù)的臨床應(yīng)用,為臨床醫(yī)療決策提供更加精確可靠的結(jié)果和信息。

來源:潘柏申