星赛生物助力中国科学院青岛能源所等开发基于单细胞“代谢+形态”的多特征抗真菌药敏测试技术

2026-04-23 11:02:51, 小赛青岛星赛生物科技有限公司

Anal Chem

近日，中国科学院青岛生物能源与过程研究所单细胞中心团队开发了一种融合单细胞拉曼光谱与明场成像的多特征抗真菌药敏检测平台（Multiple-feature Antifungal Susceptibility Test platform, MAFST），首次将真菌单细胞代谢、形态与发育等多维表型进行整合，仅需6–8小时即可完成精准药敏判定，大幅快于传统方法的24–48小时，为侵袭性真菌感染的精准诊疗与耐药监测提供了新方法。

相关研究发表于Analytical Chemistry《分析化学》。

本研究依托的单细胞拉曼光谱检测与明场成像双模态分析，正是星赛生物拉曼微流单细胞分选仪 RAMS 的核心功能，RAMS 可完美支撑本研究的全流程实验需求。

侵袭性真菌感染正成为全球重大公共卫生威胁，每年超375 万人因此死亡，念珠菌更是 ICU 与免疫低下人群的 “隐形杀手”。

但临床一直被一个痛点卡住：

金标准微量肉汤稀释法（BMD）：需要24–48 小时，重症患者等不起；
分子检测、流式、质谱：要么看不到真实表型，要么操作复杂、通用性差。

如何做到又快、又准、又广谱？

MAFST 多维度精准判药

针对传统方法依赖单一表型、跨菌种适用性差的痛点，研究团队建立 MAFST 多特征抗真菌药敏检测平台，把真菌药敏检测带入单细胞、多表型、快报告时代。

Figure 1. 双模态 MAFST 模型的示意图与工作流程

单细胞拉曼光谱（SCRS）

依托重水（D₂O）标记，精准捕捉C–D 特征峰，定量MIL 代谢活力指数，实现单细胞代谢活性无损检测；同时通过指纹区光谱，解析胞内大分子变化与药物蓄积，直接揭示药物作用机制。

微流控明场成像

定量表征药物胁迫下细胞大小、形态转换（如菌丝发育）等动态表型，捕捉早期应激响应。

XGBoost 机器学习

将代谢活力、细胞尺寸、形态转换三大互补指标融合为综合抑制指数（CII），用统一量化值全面反映药物抑制效应。

拉曼光谱在其中到底起什么作用？

这篇文章的核心技术灵魂，就是单细胞拉曼光谱（SCRS），它承担了三大关键功能：

重水（D₂O）标记 → 测 “真代谢活力”

真菌摄入重水后，拉曼会出现特征C–D 峰
用C–D/C–H 比值计算MIL 代谢活力指数，直接反映细胞是 “活着、代谢着” 还是 “被药摁死了”
不染色、不标记、单细胞、无损，比传统浊度法早很多看到抑制

指纹区（500–1800 cm⁻¹）→ 看穿药物作用机制

不同抗真菌药（多烯、唑类、棘白菌素、嘧啶类似物）会留下专属拉曼指纹

可直接看到：胞内药物蓄积、核酸 / 蛋白 / 多糖变化、膜损伤、细胞壁破坏
相当于给药物做了单细胞级 “药理活检”

Figure 2. 单细胞拉曼光谱（SCRS）的指纹区揭示抗真菌药物的类别特异性作用机制

单细胞分辨率 → 抓异质性

传统方法看 “一群菌平均”，MAFST 看每一个细胞

能发现有的细胞耐药、有的敏感、有的在 “苟着”，为精准用药提供依据

Figure 3. 单细胞代谢分析揭示不同真菌在不同药物作用下的代谢活力异质性

Figure 4. 动态的细胞尺寸分析揭示念珠菌不同药物作用下细胞尺寸的异质性

MAFST vs 传统方法，优势在哪里？

速度革命：24–48 h → 6–8 h

在当天采样、当天出报告，重症感染救命级提速

精度拉满：与金标准 BMD 高度一致

研究团队对白色念珠菌、光滑念珠菌、克柔念珠菌、耳念珠菌等12株临床分离株进行了系统验证。针对两性霉素B、氟康唑、米卡芬净、5‑氟胞嘧啶等主流抗真菌药物，MAFST均表现优异：首先，与临床金标准BMD相比，分类一致性（CA）与基本一致性（EA）均达97.8%。

广谱通用：跨菌种、跨药类都稳

单一指标（只看代谢 / 只看形态）容易 “翻车”，MAFST 用多表型融合，解决不同真菌、不同药物的响应差异问题

Figure 5. 抗真菌药物对形态转换的抑制及其与药敏性的关联

Figure 6. 双模态 MAFST 的系统验证与性能评估

全球协作赋能，助力iMAPS计划拓展研究范式

当前，单细胞原位代谢图谱科学计划（iMAPS；www.iMAPS.info）正在全球建设 70 余个微生物组代谢功能探测节点，旨在规模化、系统性地产出海量拉曼组 / 元拉曼组大数据，构建原位功能菌种库。本研究不仅建立了快速、精准、广谱的抗真菌药敏检测新体系，更为单细胞多维表型整合、真菌耐药机制解析与新药筛选提供了可复用、可推广的技术范式，在临床真菌感染诊疗、耐药真菌监测、抗真菌药物研发、重症感染精准用药等领域具有广阔应用前景。

本研究是 iMAPS 五大板块中公共卫生/药物领域的重要应用范例，更为微生物鉴定的研究提供了一个可复制、可借鉴的研究思路与技术路径。

本研究依托的单细胞拉曼光谱检测与明场成像双模态分析，正是星赛生物拉曼微流单细胞分选仪 RAMS 的核心功能，仪器可一站式完成单细胞代谢表型定量、形态动态观测与多维度表型整合分析，完美支撑本研究的全流程实验需求。

作为专注于单细胞功能表型解析装备的创新企业，星赛生物持续推动拉曼光谱、微流控与 AI 技术深度融合，让高端科研装备真正走向临床、服务诊疗。此次成果充分验证了 RAMS 平台在真菌药敏检测、病原快速鉴定、耐药机制研究中的先进性与实用性，为全球侵袭性真菌感染防控提供了可复制、可落地、可产业化的中国方案与硬核装备支撑。