Hurtigere diagnostik takket være nanopore-sekventering

For at sikre, at sepsispatienter får passende antibiotika så hurtigt som muligt, Fraunhofer IGB-forskere har udviklet en diagnostisk procedure, der bruger high-throughput-sekventering af blodprøver og leverer resultater meget hurtigere end konventionelle kulturbaserede teknikker. Takket være de nyeste enkeltmolekyle sekventeringsteknikker, denne proces er nu blevet yderligere forbedret, så patogener kan identificeres efter blot et par timer. Den grundlæggende metodik afprøves i øjeblikket i et multicenterstudie med flere hundrede patienter.

Sepsis - også kendt som "blodforgiftning" - er en livstruende sygdom forårsaget af ukontrolleret spredning af patogener - bakterier, vira eller parasitter - i blodet. Alene i Tyskland sepsis er ansvarlig for omkring 60, 000 dødsfald om året, og denne tendens er stigende. Terapi er så meget desto mere vellykket, jo hurtigere diagnosen kan stilles og typen af ​​patogen identificeret:Hurtig intervention med tilstrækkelig antibiotika øger overlevelsesraten markant.

Det er stadig almindelig praksis på mange hospitaler at opdage sepsispatogener ved hjælp af mikrobiologiske metoder. Patogenerne dyrkes fra patienters blodprøver i laboratoriet og identificeres efterfølgende. Begrænsningerne ved denne tilgang er en lang ekspeditionstid på to til fem dage samt en lav detektionsrate. Generelt, det giver kun et positivt resultat i 10 til 30 procent af tilfældene, som udgør grundlaget for den behandlende læges beslutning om terapi. Ud over, nogle patogener kan slet ikke dyrkes eller kun under særlige forhold, så resultatet er negativt, selvom der faktisk er en infektion til stede - med fatale konsekvenser for patienterne.

Højtydende platform til hurtig og pålidelig patogendetektion

Forskere ved Fraunhofer Institute for Interfacial Engineering and Biotechnology IGB etablerede for nogen tid siden en alternativ diagnostisk procedure, der kan opdage patogener af alle slags meget hurtigere og mere pålideligt. Den bruger næste generations sekventering (NGS) af mikrobielt cirkulerende cellefrit DNA (cfDNA) fra patienters blodprøver og har en påvisningshastighed fem til seks gange bedre end den for kulturbaserede teknikker.

I en tre-trins proces bestående af prøveforberedelse, sekventering og bioinformatisk evaluering med specialudviklede diagnostiske algoritmer, relevante bakterier, vira eller svampe kan tydeligt identificeres inden for 24 til 30 timer efter blodopsamling uden nogen langvarig dyrkningsprocedure. Som en platformsbaseret tilgang, metoden er ikke kun egnet til diagnosticering af sepsis, men potentielt også for andre sygdomme som endocarditis eller CSF, dvs. spinalvæskeinfektioner. Ud over, ikke kun patogenets biologiske natur, men også dets resistens over for antibiotika kan bestemmes, som kan overvejes for en optimal terapi.

Den kliniske validering af den diagnostiske platform for sepsis kører i øjeblikket i et multicenterstudie:"Nu tester vi vores procedure i stor skala i klinikken, " rapporterer Dr. Kai Sohn, leder af innovationsfeltet "In-vitro Diagnostics" hos Fraunhofer IGB, om status for forskningsarbejdet. "Dette involverer 500 patienter fordelt på 20 klinikker; praktisk talt alle større tysk-baserede universitetsklinikker er involveret. Bemærkelsesværdigt, denne undersøgelse er langt over tidsplanen – og dermed får vi et stort forspring." Projektet er støttet af Dietmar Hopp Fonden.

Hurtigere og mere omkostningseffektiv diagnosticering

Sekvenseringsteknologier vil videreudvikles, så resultaterne kan leveres endnu hurtigere og mere omkostningseffektivt:ved at bruge en af ​​de nyeste 3. generations sekventeringsteknologier, det mikrobielle DNA kan undersøges i realtid under sekventering, reducere patogenidentifikation til kun seks til otte timer, afhængig af hvor alvorligt patienten er smittet. Dette er blevet muliggjort ved nanopore-sekventering af individuelle DNA-molekyler. "Med nanopore-sekventering får vi resultater hvert minut, " forklarer Sohn. "Vi venter nu på proof of concept for at finde ud af den kortest mulige ekspeditionstid. Men det ser ud til at være muligt, at vi måske rutinemæssigt kan opdage patogener på mindre end seks timer efter blodprøvetagning i fremtiden."

Den utvetydige identifikation af patogenerne er muliggjort af matematiske beregninger baseret på sekvensinformationen fra patientprøven:til dette formål, Fraunhofer-forskerne har udviklet en relevansscore - Sepsis Indicating Quantifier (SIQ) Score - som bioinformatisk sammenligner data fra de inficerede personer med raske kontrolgrupper og derefter evaluerer dem. "Til dette formål, vi genererede forventningsværdier for hundredvis af forskellige patogener på forhånd, " rapporterer Sohn. "På dette grundlag, vi kan nu give resultater i en lignende form, som alle kender fra deres familielæges blodtælling. Vores algoritmer understøtter således hurtige og passende terapibeslutninger. Og dette har måske også potentiale til at blive udført som en point-of-care test direkte på intensivafdelingen i fremtiden."