生乳中の乳房炎検出のための分光マイクロ流体チップの作製

Scientific Reports volume 13、記事番号: 6041 (2023) この記事を引用

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メトリクスの詳細

乳腺炎は、乳牛が生産する牛乳の量と質に直接影響を与える病気であり、牛乳の販売から得られる収入に悪影響を与える可能性があります。 この乳腺疾患によって引き起こされる重度の炎症により、牛乳 1 ミリリットルあたり最大 1 × 106 個の白血球が発生する可能性があります。 現在、カリフォルニア乳房炎検査は化学検査検査としてよく使われていますが、その誤り率が 40% 以上であることが、乳房炎の蔓延の進行の大きな要因となっています。 この研究では、正常な乳房炎、無症状の乳房炎、および臨床的な乳房炎を特定するために、新しいマイクロ流体デバイスが設計および製造されました。 このポータブル デバイスにより、結果を 1 秒以内に正確に分析できます。 このデバイスは体細胞をスクリーニングするように設計されており、単一細胞プロセス分析を使用して体細胞を識別するための染色プロセスが追加されました。 蛍光原理を使用して牛乳の感染状態を特定し、ミニ分光計を使用して分析しました。 装置の精度がテストされたところ、Fossomatic マシンを使用して得られた精度と比較して、95% の精度で感染状態を判定できることが判明しました。 この新しいマイクロ流体デバイスを導入することにより、乳牛における乳房炎の蔓延を大幅に軽減し、より高品質でより収益性の高い牛乳生産につながると考えられています。

乳牛の乳房炎は、生乳の量と品質に直接影響を及ぼし、多大な経済的損失をもたらすため、酪農家が直面している継続的な問題です。 世界の年間損失は約 300 億ユーロと推定されています 1。これは、重大な牛乳の損失、牛乳の品質の低下、慢性感染動物の排除、および時折の死亡によって構成されています 2。 乳腺炎は、特定の病原体の侵入、アレルギー、または物理的外傷 3 によって引き起こされる乳腺の炎症であり、その結果、乳腺と乳汁に異常な変化が生じます。 一般に乳房炎には、臨床性乳房炎と不顕性乳房炎の 2 種類があります。 これらは細菌感染、感染性毒素による創傷、化学物質への曝露などさまざまな原因によって発生しますが、最も主で頻度の高い原因は細菌感染です。 乳房炎は牛から牛へと伝染する可能性があり、その広がりが拡大します。 発見が遅れて乳房炎の症状が現れると、乳牛の治癒が約 2 週間にわたって著しく妨げられる可能性があります。 これにより、牛は失明し、永久に乳を生産できなくなる可能性があります。 さらに、乳房炎の日常的な管理には、乳房炎の治療と予防のために抗生物質を投与する必要があり、これにより牛に抗生物質耐性が生じる重大なリスクが生じます。 診断には 2 つの段階があります。第 1 段階では病気の状態を評価してその存在を判断し、第 2 段階では原因物質を検出します。 重度の乳腺炎の場合は、乳房の様子や乳汁を観察することで病気の状態を判断できます。 臨床的または無症候性乳房炎をスクリーニングするには、カリフォルニア乳房炎検査 (CMT) など、体細胞数 (SCC) を分析するための農場スクリーニング検査が使用されます。 乳の SCC の決定には、実験室顕微鏡による体細胞 (SC) の評価が含まれます。乳の SC は、染色された細胞として顕微鏡スライドで直接観察され、オペレーターを使用して計数されます。 この方法を使用した結果の分析には時間がかかり、専門家がサンプルを準備する必要があります4。 フローサイトメトリー (FCM) は、牛乳の SCC および細菌の比較的迅速な分析に使用できます5。 この方法では、分析に必要な比較的高価なハードウェアやその他の使い捨てアイテムを扱うために、熟練した担当者のサポートも必要です。

CMT 試薬は乳房炎検査に簡単に使用でき、農場での SCC 推定にも適用できます5。 CMT で使用される試薬はアルキル アリール スルホン酸ナトリウムです。これは、高 SCC とゲル形成の存在下で核酸と他の要素の細胞が放出され、容易に検出できるという原理に基づいています 6,7。 ただし、この試薬で得られる結果は偽陽性または偽陰性であり、SCC6、7、8 では低い感度と特異性が観察されます。 これらのテストはいずれも、SCC の正確な数値を提供しませんでした。これは、結果が被験者の目で知覚される形態学的特徴に基づいているため、不正確さが生じるためです。 さらに、これらの検査では、関与する病原体や感染の毒性は特定されず、乳房炎の陽性または陰性の結果が得られるだけです9,10。