Rapid culture-free diagnosis of clinical pathogens via integrated microfluidic-Raman micro-spectroscopy

临床微生物学 临床诊断 计算生物学 抗生素耐药性 抗菌剂 医学 病菌 诊断准确性 计算机科学 诊断试验 抗药性 分子诊断学 精密医学 临床实习 微生物学
作者
Yuetao Li,Jiabao Xu,Xiaofei Yi,Xiaobo Li,Yanjun Luo,Andrew Glidle,P. Summersgill,Simon Allen,Tim Ryan,Xiaochen Liu,Wei Yu,Xiaobing Chu,Shiyu Chen,Qian Zhang,Xiaogang Xu,Xiaoting Hua,Qiwen Yang,Julien Reboud,Yunsong Yu,Wei E. Huang
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:17 (1): 283-283 被引量:1
标识
DOI:10.1038/s41467-025-66996-y
摘要

Antimicrobial resistance (AMR) is a critical global health challenge, demanding rapid and accurate diagnostics to guide timely antimicrobial therapy. Current diagnosis is hindered by prolonged culturing and difficulties detecting low pathogen loads. Here, we present a culture-free diagnostic platform that integrates microfluidics, Raman micro-spectroscopy, and deep learning to deliver "sample-to-report" testing within 20 min. The microfluidic enrichment system employs dialysis-dielectrophoresis (DEP) technology to rapidly isolate pathogens directly from clinical samples with a detection limit as low as <2 colony forming unit (CFU)/ml. Combining a single-cell Raman fingerprint database of 342 clinical isolates from 29 bacterial and 7 fungal species with a 1D ResNet deep learning model, our approach achieved 95.1% accuracy in lab settings. Validated in a 305-patient clinical study involving primary urine and other clinical samples, it demonstrated 95.4% agreement with traditional culture methods and 98.5% sensitivity in diagnosing infections. While broader validation is needed for clinical implementation, the integrated, rapid diagnosis pipeline, as well as broad-spectrum detection, offer a promising solution for next-generation diagnostics for combating AMR.
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