Die Anwendung von SERS und Metabolomik bei Sepsis

Sepsis ist eine schwere Erkrankung, die durch eine überwältigende Immunantwort auf eine Infektion verursacht wird. Verschiedene Chemikalien, die zur Bekämpfung von Infektionen ins Blut freigesetzt werden, lösen eine systemische Entzündung aus, die auch als systemisches Entzündungssyndrom (SIRS) bezeichnet wird. Sepsis ist eines der größten Probleme der öffentlichen Gesundheit, das mit hohen Kosten und hoher Sterblichkeit verbunden ist. Epidemiologische Studien deuten darauf hin, dass pro 100.000 Einwohner etwa 300 Sepsisfälle auftreten; Sie machen 2 % aller Krankenhauseinweisungen und bis zu 30 % der Einweisungen auf die Intensivstation aus. Sepsis ist die häufigste Todesursache bei kritisch kranken Patienten. Die Mortalität beträgt bis zu 20 % bei Patienten mit schwerer Sepsis und 46 % bei Entwicklung eines septischen Schocks. Trotz der jüngsten Fortschritte in der Sepsis-Behandlung, einschließlich einer frühen zielgerichteten Therapie, der Verwendung niedrig dosierter Kortikosteroide, einer schützenden Beatmung, einer intensiven Glukosekontrolle und der Verwendung von aktiviertem Protein C, stellt Sepsis immer noch eine große Herausforderung für klinische Ärzte dar.

Für die erfolgreiche Behandlung einer schweren Sepsis und eines septischen Schocks ist eine frühzeitige, geeignete Antibiotikatherapie, die auf den verursachenden Erreger abzielt, immer entscheidend. Allerdings kann die Blutkultur, der derzeitige Standard für die mikrobiologische Diagnose, keine sofortige Information über die Identifizierung von Krankheitserregern zu Beginn einer Sepsis liefern.

Das Warten auf den Abschlussbericht dauert normalerweise 5–7 Tage, bei einigen langsam wachsenden Bakterien oder Hefen sogar noch viel länger. Darüber hinaus ist die positive Renditequote niedrig. Bei Patienten mit Sepsis wurden nur 30 % positive Ergebnisse berichtet, bei septischem Schock waren es 50 bis 60 %. Einige Mikroorganismen sind im Blut in sehr geringer Zahl vorhanden und benötigen eine längere Zeit, um sich zu vermehren und zu nachweisbaren Mengen zu wachsen. Einige Mikroorganismen sind schwer zu züchten und erfordern möglicherweise spezielle Nährmedien. Viren können auch mit Blutkulturflaschen, die für die Anzucht von Bakterien bestimmt sind, nicht nachgewiesen werden. Darüber hinaus kann eine antimikrobielle Therapie in den letzten zwei Wochen das Wachstum von Krankheitserregern verhindern.

Da die Zeit bis zum Beginn einer geeigneten antimikrobiellen Therapie der stärkste Prädiktor für die Mortalität ist, wird die Antibiotikagabe üblicherweise „empirisch“ (d. h. basierend auf ärztlicher Erfahrung) mit breitem Spektrum und angepasst an das klinische Ansprechen. Mangels genauer Daten kann eine unzureichende Infektionskontrolle zu einer schlechten Prognose und darüber hinaus zu unerwünschten Wirkungen von Antibiotika wie Organtoxizität und Kollateralschäden (z. B. es kommt zu einer Selektion arzneimittelresistenter Organismen und zur unerwünschten Entwicklung einer Kolonisierung oder Infektion mit multiresistenten Organismen.

Der Einsatz der SERS- und Fluoreszenzmikroskopie-basierten Hochgeschwindigkeits-Diagnoseplattform für die klinische Mikrobiologie könnte zur Lösung dieses Problems beitragen. Die spezifischen Ziele des Teilprojekts sind im Folgenden aufgeführt:

1. Entwicklung eines umfassenden Protokolls zur Vorbehandlung der komplexen Blutprobe von Patienten mit Sepsis als Vorbereitung für den SERS-Nachweis.
2. Identifizierung der verursachenden Bakterien oder Hefen im Blut mithilfe der auf SERS basierenden Hochgeschwindigkeits-Diagnoseplattform zur Steuerung der anfänglichen Antibiotikabehandlung bei Sepsis.
3. Untersuchung der Anfälligkeit des verursachenden Erregers gegenüber verschiedenen Antibiotika als Leitfaden für die anfängliche Antibiotikabehandlung bei Sepsis.
4. Quantifizierung der Bakterienzahl im Blut, um den Zusammenhang zwischen der Belastung (Virulenz) des Krankheitserregers und dem klinischen Verlauf, der Übertragbarkeit und der Antibiotikaresistenz bei Patienten mit Sepsis zu untersuchen.
5. Erstellung einer Datenbank mit SERS-Spektren der klinischen Mikrobiologie, einschließlich Bakterien, Hefen und Pilzen, die die häufigsten Erreger der Sepsis sind.

Die Forscher gehen davon aus, dass diese neuartige Technik, die auf SERS und fluoreszierender optischer Mikroskopie basiert, eine entscheidende Rolle in der modernen Sepsis-Behandlung spielen wird und nicht nur große Auswirkungen auf die Reduzierung der Sterblichkeit und die Kostenkontrolle haben wird, sondern auch das Problem der wachsenden resistenten Züge durch den unangemessenen Einsatz von Antibiotika lindern wird .