Klinische Validierung eines tragbaren, digitalen Fluoreszenz-Bildgebungsgeräts für Anwendungen in der Wundversorgung

Einführung und Begründung:

Die Wundversorgung ist eine große klinische Herausforderung und stellt eine enorme Belastung für das Gesundheitswesen weltweit dar. Wenn Wunden (chronische und akute) heilen, treten an der Wundstelle auf Gewebe- und Zellebene eine Reihe wichtiger biologischer Veränderungen auf. Dazu gehören Entzündungen, die Neubildung der epidermalen Barriere und die Umgestaltung des Bindegewebes in der Dermis. Eine häufige Hauptkomplikation, die während des Wundheilungsprozesses auftritt, der Tage bis Monate dauern kann, ist jedoch eine bakterielle Infektion. Dies kann zu einer ernsthaften Behinderung des Heilungsprozesses führen und insbesondere bei chronisch nicht heilenden Wunden zu erheblichen Komplikationen führen. Derzeit umfasst die Standard-Wundversorgung die Überwachung auf eine mögliche Infektion durch direkte visuelle Inspektion unter Weißlicht und die Entnahme von Proben zur Analyse im Labor, was etwa zwei Tage dauert, bis ein Ergebnis vorliegt. Die qualitative visuelle Beurteilung bietet jedoch nur einen groben Überblick über die Wundstelle (d. h. Vorhandensein von eitrigem Material und Verkrustungen), liefert jedoch nicht die entscheidend wichtigen Informationen über zugrunde liegende Veränderungen, die auf Gewebe- und Zellebene auftreten (d. h. Infektion, Matrix). Umbau, Entzündung und Nekrose).

Alle chronischen Wunden enthalten Bakterien. Aber ob sich die Wunde im bakteriellen Gleichgewicht (Kontamination mit Organismen auf der Oberfläche oder Besiedlung mit Organismen im Gewebe, die in Mikrokolonien angeordnet sind, ohne Schäden zu verursachen) oder im bakteriellen Ungleichgewicht (kritische Besiedlung und Infektion) befindet, ist für die Heilung von primärer Bedeutung. Es ist wichtig zu beachten, dass es in einer chronischen Wunde ein Kontinuum der Bakterienpräsenz gibt, das vom bakteriellen Gleichgewicht bis zur bakteriellen Schädigung reicht. Die Diagnose einer Infektion wird typischerweise klinisch anhand von Anzeichen und Symptomen in und um das lokale Wundbett, die tieferen Strukturen und die umgebende Haut gestellt. Das Vorhandensein und der Schweregrad einer bakteriellen Infektion wird typischerweise anhand des klinischen Erscheinungsbildes der Wunde unter Weißlicht diagnostiziert (d. h. Schmerzen, eitriges Exsudat, Verkrustung, Schwellung, Erythem, Hitze). Ein Hauptproblem besteht darin, dass eine bakterielle Kontamination innerhalb und um eine Wunde nicht direkt durch Visualisierung der Bakterien selbst unter weißem Licht bestimmt werden kann, sondern auf klinischen Anzeichen und Symptomen beruht, die durch eine bakterielle Kontamination und/oder Infektion innerhalb der Wunde verursacht werden (d. h. Schmerzen, eitriges Exsudat, Krustenbildung, Schwellung, Erythem, Hitze).

Die Remodellierung und Heilung von Bindegeweben in Wunden umfasst die gleichzeitige Synthese und den Abbau von Kollagenfibrillen. Diese Bakterien schließen übliche Arten ein, die typischerweise an Wundstellen zu finden sind (d. h. Staphylococcus- und Pseudomonas-Arten). Bakterienabstriche werden zum Zeitpunkt der Wunduntersuchung entnommen und haben den Vorteil, dass sie die Identifizierung spezifischer Bakterien-/Mikrobenarten und die Quantifizierung der Bakterienbelastung ermöglichen. Oft werden jedoch mehrere Abstriche zufällig von der Wundstelle entnommen und diese sind nicht zielgerichtet, und einige Abstrichtechniken können die Mikroorganismen während des Entnahmevorgangs mit der Wunde verteilen, wodurch die Heilungszeit und die Morbidität des Patienten beeinträchtigt werden. Dies kann insbesondere bei großen chronischen (nicht heilenden) Wunden ein Problem darstellen, bei denen die Nachweisausbeute für das Vorhandensein von Bakterien trotz der Entnahme mehrerer Abstriche suboptimal ist. Darüber hinaus dauert es oft etwa 2-4 Tage, bis bakteriologische Kulturergebnisse aus dem Labor zurückkommen, wodurch Diagnose und Behandlung erheblich verzögert werden. Daher liefern Bakterienabstriche keinen Echtzeitnachweis des Infektionsstatus von Wunden. Darüber hinaus kann der Wundabstrich, obwohl er einfach zu sein scheint, zu einer unangemessenen Behandlung, Morbidität des Patienten und längeren Krankenhausaufenthalten führen, wenn er nicht korrekt durchgeführt wird. Eine bildbasierte Methode, die eine Echtzeit-Überwachung der Wundheilung, insbesondere des frühen Umbaus des dermalen Bindegewebes, und des Vorhandenseins einer bakteriellen Kontamination und/oder Infektion im Laufe der Zeit ermöglicht, könnte erhebliche klinische Auswirkungen haben.

Die Autofluoreszenz-Bildgebung wurde in der Gastroenterologie verwendet, um sowohl die Kollagen- als auch die Bakterienfluoreszenz in klinischen Studien abzubilden. Wir möchten den Einsatz der Gewebe-Autofluoreszenz-Bildgebungstechnologie auf die Wundversorgung und -behandlung ausdehnen, um während des Heilungsprozesses in Echtzeit biologisch relevante Informationen über die Wundstelle auf Gewebe- und biomolekularer Ebene zu erhalten. Bei der Beurteilung von Wunden kann die Autofluoreszenz des Gewebes helfen, den Grad der Wundheilung und das Vorhandensein einer bakteriellen Infektion zu bestimmen. In vorläufigen präklinischen Tests haben wir entdeckt, dass, wenn Wunden mit einer bestimmten Wellenlängenkombination von Anregungslicht beleuchtet werden, körpereigene Gewebekomponenten ein charakteristisches Fluoreszenzsignal aussenden, während Bakterien ein einzigartiges Fluoreszenzsignal aussenden.

Wir haben kürzlich eine innovative Plattform für optische molekulare Bildgebung entwickelt, die auf hochauflösenden Fluoreszenz- und Weißlichttechnologien in einem tragbaren, hochauflösenden, nicht-invasiven (z. berührungsloses) Format. Diese Erfindung bietet zum ersten Mal Echtzeit-Erkennung wichtiger biologischer und molekularer Informationen einer Wunde und könnte erhebliche Auswirkungen auf die Verbesserung der konventionellen Wundversorgung und -behandlung haben. Basierend auf umfangreichen präklinischen Tests ist die vorgeschlagene Technologie in der Lage, Autofluoreszenzbilder von Wunden zu sammeln und das Vorhandensein und relative Veränderungen des Bindegewebsgehalts und der Bioverteilung, die an der Wundheilung beteiligt sind, zu erkennen. Es kann auch die frühesten Anzeichen einer Kontamination mit Bakterien/Mikroorganismen in der Wunde erkennen (die für die visuelle Standardbewertung mit Weißlicht okkult sind) und so ein Maß für den Infektionsstatus liefern. Dies könnte sich erheblich auf die klinische Wundversorgung und -behandlung auswirken, indem i) die Komplikationen reduziert werden, die mit dem verpassten Nachweis einer bakteriellen Infektion verbunden sind, ii) bildgeführte Abstriche/Biopsien erleichtert werden und iii) die Wundheilung im Laufe der Zeit überwacht wird. Darüber hinaus macht das kompakte und tragbare Design der Bildgebungsgeräteplattform sie ideal für die klinische Wundversorgung sowie für den Point-of-Care-Einsatz bei Hausbesuchen.

Studienziele und spezifische Ziele

Das Hauptziel dieser klinischen Studie ist die Bewertung der Verwendung und Wirksamkeit unserer tragbaren digitalen Fluoreszenz-Bildgebungsgeräteplattform für die nicht-invasive klinische Überwachung chronischer Wunden in Echtzeit auf Heilung und bakterielle Kontamination/Infektionsstatus im Laufe der Zeit. Auf diese Weise können wir feststellen, ob das Gerät intrinsische Veränderungen, die während des Wundheilungsprozesses auftreten können, erkennen und im Längsschnitt verfolgen kann, einschließlich, aber nicht beschränkt auf Kollagenumbau und bakterielle Infektion der Wundstelle.

Als sekundäres Ziel möchten wir wertvolle Endbenutzerdaten über den klinischen Nutzen des Geräts in der Wundklinikumgebung erhalten. Diese Informationen werden verwendet, um nachfolgende Versionen des Geräts während der Produktentwicklung zu optimieren.

Vor allem hoffen wir, den Mehrwert, den dieses bildgebende Gerät für die traditionelle Wundversorgungspraxis bringt, endgültig zu verifizieren und inwieweit es den Goldstandard verändern wird.

Spezifische Ziele:

1. Um zu bestimmen, ob das Fluoreszenz-Bildgebungsgerät im Laufe der Zeit Veränderungen im Bindegewebe erkennen kann, die mit der Wundheilung oder Remodellierung korreliert werden können, verglichen mit Veränderungen der Wundgröße im Laufe der Zeit.
2. Um die Wirksamkeit des Fluoreszenz-Bildgebungsgeräts beim Nachweis des Vorhandenseins (oder der Kontamination) von Bakterien in und um eine Wunde (einschließlich Infektionen) im Vergleich zu standardmäßigen Best-Practice-Methoden (z. Weißlichtvisualisierung und klinische Anzeichen und Symptome, mit Abstrichen und Bakteriologie als „Goldstandard“).
3. Identifizierung der Beziehungen zwischen der Autofluoreszenz-Bildgebung von Geweben und Bakterien in Wunden (einschließlich des Wundrandes) und Folgendem: i) klinische Anzeichen einer Infektion, ii) mikrobielle Belastung (d. h. Anzahl der Organismen pro Gramm Wundgewebe) und iii) Diversität mikrobieller Arten in der Wunde (d. h. Anzahl verschiedener Arten, die pro Wunde isoliert wurden) und Gram-Signatur.