VITEK MS细菌质谱仪临床应用及效益分析

马宪礼 梁建 仲辉 李真 周林 成定胜

(江苏省苏北人民医院医学工程部，江苏 扬州 225001)

基质辅助激光解析电离飞行时间质谱技术(MALDI-TOF MS)是目前微生物鉴定领域革命性的新技术，与常规鉴定方法相比，其具有快速准确、检测样本用量少、检测成本低等优点。MALDI-TOF质谱仪不仅可准确鉴定临床细菌和酵母菌属，还可用于分枝杆菌属、丝状真菌的鉴定以及微生物分类学和流行病学的研究[1-2]。2013年，美国食品药品监督管理局(U.S.Food and Drug Administration,U.S FDA)首次承认MALDI-TOF可用于对微生物的临床鉴定。我院临床医学检测中心于2016年购入一台法国梅里埃公司生产的全自动快速微生物质谱检测系统VITEK MS，该仪器采用基质辅助激光解析电离飞行时间质谱技术(MALDI-TOF MS)，已使用4年左右，在临床使用过程中对该仪器逐渐熟悉了解，本文主要介绍该仪器的检测原理，临床使用操作过程，相比较传统细菌鉴定方法的快速性及准确性，使用该仪器所能节约的成本和创造的经济效益，以及目前质谱仪的临床应用现状等。

1 VITEK MS质谱鉴定系统的基本原理

激光照射生物分子与基质结合形成的共结晶时，基质吸收能量并将其转移到生物分子使之电离成碎片离子，离子经电场加速，由于质荷比(m/z)以及信号相对强度的不同，在磁场中飞行时间不同而被检测，形成特有的指纹图谱，其与数据库中的标准图谱经对比即可鉴定细菌。有学者报道，相比DNA测序鉴定，VITEK MS快速鉴定96%的苛养革兰阴性菌到种水平，其也可准确鉴定85%的需氧革兰阳性菌[3]。因而，质谱方法比传统生化表型鉴定、分子生物学鉴定更快速准确。仪器主要由3个部分构成：①样本电离室，在该区域激光将样本进行汽化；②飞行时间质量分析器；③粒子探测器。VITEK MS原理分析见图1。

图1 VITEK MS原理分析

2 VITEK MS 质谱仪临床应用

可用于分析多种类型的样本，包含核酸、蛋白质、微生物，后两者对于临床微生物领域非常有用。样本鉴定之前，先准备样本，将所要鉴定的样本涂布在靶板上，然后在样本点位加上基质。基质要具有以下几点特性：易于升华、在仪器激光的波长范围内具有强吸光度。其中α-氰基-4-羟基肉桂酸(α-Cyano-4-hydroxy-cinnamic acid)是在微生物鉴定中常用的基质。靶板上涂布上样本和基质后，靶板加载入样本电离室，在激光的作用下进行电离。MALDI-TOF MS仪器一般选用紫外氮激光器(337nm)。激光辐射导致基质的震动和激发，分析物分子排出（解析）。一旦分析物分子被解析出来，基质分子就传送质子给分析物，导致产生气相的带正电荷的分析物阳离子。这些气相分析物阳离子在样本电离室中经过电场的加速，获得一个初速度，其初速度的大小与其质荷比(m/z)相关，然后离子离开电离室进入飞行时间质量分析器进行分离，通过分析器末端的微粒探测器来测量其飞行时间，从而推算出微粒的质荷比(m/z)，样本的质谱图也由此生成[4-5]。

每一种微生物都有一张特异性的质谱图，其中包含丰富的可溶性蛋白，如核糖体蛋白、热击蛋白等。将未知的微生物质谱图与由已知微生物种图谱建立起来的数据库进行比对，最佳的匹配则推荐为该未知微生物的鉴定结果。这一技术的成功应用，其关键因素是微生物体全蛋白质谱图足够的丰富与独特，可以使鉴定结果确定到属、种水平，个别种类可以鉴定到菌株水平，即使只应用了蛋白质组中只有一小部分[7]。

VITEK MS质谱仪临床应用具体操作步骤见图2～5。

3 质谱仪效益分析

3.1 直接经济效益

使用质谱仪以后医院可以停止使用目前用于VITKE 2上的鉴定板；医院目前每天100个标本，阳性率为30%，则每天鉴定的标本在30个左右，目前所用鉴定板的价格是每个标本48元，使用质谱鉴定成本在2元左右，所以就直观而言，每年鉴定细菌直接节省成本为496 800元[8]。

3.2 综合效益

图2 涂靶板

图3 加1ul CHCA基质

图4 MS检测

图5 查看结果

使用质谱鉴定以后能够减少TAT时间，减少患者住院时间，对于病床的周转率有很大的提高，因此可以提高医院的综合收入。此外，使用质谱仪以后，由于目前使用的鉴定药敏仪和质谱仪的无缝连接，可以缩短报告时间，大部分的常见细菌能在6～8h出药敏结果，所以对临床的指导帮助提高，临床因此会有更多的标本送检，因此可以提高医院的综合收入。

3.3 社会效益

因为质谱仪本身存在的快速鉴定、鉴定结果准确等特点，因此可以提高医院病患的治愈率和诊疗水平，还可以减少病人的死亡率，提高医院的社会地位[9]。

4 质谱仪在医学检验中的应用现状

4.1 质谱仪在微生物鉴定中的应用

近几年，随着科技的发展质谱技术已成为微生物鉴定分类的主流技术，质谱仪具有操作简便、快速准确、低成本、微生物数据库及分析软件可以不断更新升级等优点，质谱技术是通过对微生物表面蛋白分子的检测，得出该微生物独特的蛋白质指纹图谱及图谱峰值，与数据库中已知微生物指纹图谱进行对比，从而得出被检微生物的品种，由于质谱技术是对微生物表面特异蛋白进行检测，其准确性极高，能够区别相似或相近的微生物，随着数据库的不断更新升级，质谱仪不但可以鉴别已知微生物，还可以发现新种类的微生物。目前质谱仪已可以快速准确鉴定酵母菌属、分枝杆菌属、厌氧菌、丝状真菌、革兰阳性菌、革兰阴性菌等[10]。

4.2 质谱仪在生化检测中的应用

在生化检测方面，相对于传统检测方法，质谱技术具有明显的优势，一些质谱技术使用较早的国家，已将化学发光方法、免疫学方法和质谱技术共同列为最主要的三大生化检测方法，越来越多的生化项目正逐渐使用质谱技术进行检测，目前在生化检测方面已开展较为成熟的项目有：类固醇激素检测、营养成分检测、毒素检测、临床用药效果监测等，内分泌科中许多类固醇激素分泌浓度较低，相比于传统免疫法检测，液相色谱-串联质谱技术(liquid chromatography-tandem mass spectrometry,LCMS/MS)具有标本需求量低，高特异性等优点，近几年国外许多临床检测中心已将质谱技术列为类固醇检测的首要方法，随着质谱技术的不断发展完善，质谱技术也将成为生化检测领域的发展方向[11-12]。

5 小结

综上所述，VITEK MS质谱仪经过多年快速的发展技术已经相当成熟，相比于传统检测技术优势明显，样本需求量少，操作简单明了，高特异性质谱图所得鉴定结果快速准确，低成本能为医院带来更好的经济效益。随着质谱技术的不断发展，质谱技术今后会在医学检验领域和高新技术科研中得到更广泛的应用[13]。