Ein Sputum-Screening-Test zum frühzeitigen Ausschluss einer Lungenentzündung (self-test)

Eine Infektion der unteren Atemwege ist eine ernste Situation, die sich plötzlich durch Sepsis, Atemversagen, Lungengewebenekrose und Funktionsstörungen mehrerer Organe verschlimmern kann. Daher wird üblicherweise eine empirische Antibiotikabehandlung eingeleitet, sobald der Verdacht auf eine Infektion besteht und Kulturen und/oder andere diagnostische Tests beschafft werden, was einen Hauptgrund für die Verschreibung von Antibiotika darstellt. Der weitverbreitete übermäßige und missbräuchliche Einsatz von Antibiotika hat zur Entstehung mehrfach resistenter Bakterienstämme geführt, die eine große Gesundheitsgefahr darstellen. Es besteht ein dringender Bedarf an praktischen Lösungen zur Verhinderung eines übermäßigen Einsatzes von Antibiotika, insbesondere in Gemeinden, in denen Antibiotika ohne Rezept erhältlich sind.

Pathophysiologische Studien zeigen, dass eine Infektion nicht allein durch bakterielles oder virales Überwachsen entsteht, sondern vielmehr durch das Eindringen der Mikroorganismen über das Immunsystem des Wirts hinaus. Daher erfordert die Beurteilung einer Infektion die Untersuchung sowohl des Vorhandenseins von Mikroorganismen als auch der im Körper des Patienten aktivierten Abwehrmechanismen. Das übermäßige Wachstum von Bakterien führt zu einer Entzündung des Lungengewebes, zur Rekrutierung weißer Blutkörperchen im infizierten Bereich sowie zur Produktion und Freisetzung von Chemokinen und Zytokinen, was dazu führen kann, dass sich die Alveolen mit Flüssigkeit füllen, was dazu führen kann, dass der Patient Husten mit Schleim oder Eiter und Fieber entwickelt , Schüttelfrost und Atemnot.

Die mikrobiologische Diagnose von Infektionen der unteren Atemwege erfordert die Beurteilung des eindringenden Mikroorganismus durch Untersuchung des Sputums mittels Mikroskopie, quantitativer Kultur und PCR. Allerdings haben solche mikrobiologischen Untersuchungen bei der Behandlung von Lungenentzündungen nur begrenzten Wert. Die polymikrobielle Flora erschwert die Interpretation von Kulturen von Patienten mit chronischer Bronchitis. Es ist auch schwierig, Kulturen einer nosokomialen Pneumonie auszuwerten, da die pathogenen Bakterien häufig mit denen identisch sind, die in der Rachenflora vorkommen. Immunsupprimierte Patienten produzieren häufig Sputum, das eine geringe Anzahl weißer Blutkörperchen enthält. Die klinischen Symptome des Patienten, wie Atem- und Kreislaufstatus, sind die zuverlässigsten Marker zur Bestimmung der Behandlungswirksamkeit.

In der Praxis entscheiden sich die meisten Ärzte dafür, in frühen Stadien zusätzliche Marker zu untersuchen, um die Wirkung der Therapie genau zu überwachen, insbesondere bei Hochrisikopatienten, die auf Intensivstationen aufgenommen wurden. Zu den häufig verwendeten systemischen Markern gehören Körpertemperatur, C-reaktives Protein (CRP), Procalcitonin (PCT) und Interleukin 6 (IL-6). Berichten zufolge steigt die Konzentration des Hepatozyten-Wachstumsfaktors (HGF) bei Organschäden, wie sie beispielsweise durch Infektionskrankheiten verursacht werden. Studien zeigen erhöhte HGF-Konzentrationen im Serum und im Ausatemkondensat von Patienten mit Lungenentzündung, wobei das Vorhandensein von HGF signifikant mit dem Überleben korreliert. Darüber hinaus sinken die HGF-Spiegel innerhalb von 48 Stunden nach Beginn einer geeigneten Antibiotikatherapie deutlich. Ergebnisse der Oberflächenplasmonenresonanz (SPR) weisen darauf hin, dass HGF, das während einer akuten Infektion produziert wird, eine hohe Affinität für die extrazelluläre Matrixkomponente Heparansulfat-Proteoglycan (HSPG) aufweist. Diese Ergebnisse legen nahe, dass die HGF-Beurteilung im Sputum ein Hilfsmittel zur Erkennung bakterieller Infektionen an der Verletzungsstelle sein könnte.

Proteine ​​können anhand ihrer spezifischen Interaktion mit einem entsprechenden Antikörper nachgewiesen werden. Allerdings ist dieses Messsystem auf spezielle Ressourcen angewiesen, was seinen Nutzen in nicht ausgestatteten Zentren oder als Selbsttest einschränkt. Metachromasie ist eine charakteristische Farbveränderung, die bestimmte Anilinfarbstoffe bei der Bindung an chromotrope Substanzen zeigen. Dieses Phänomen wird in der Histologie häufig genutzt. Methylenblau (O-Toluidin) ist ein ausgezeichneter metachromatischer Farbstoff, der bei der Bindung an hochmolekulare Polysaccharide, wie z. B. sulfatiertes Glykan, von Blau zu Rosa wechselt. Der rosa Farbstoff wird dann nach Zugabe einer proportionalen Menge eines Proteins mit hoher Affinität zu sulfatiertem Glykan schnell wieder blau (invertierte Metachromazie).

Hier nutzten die Forscher diesen Ansatz zur Entwicklung eines neuen Streifentests – hier als Indextext bezeichnet – zur Beurteilung des Vorhandenseins von Dextransulfat-bindenden Proteinen im Sputum. Anschließend bewerteten die Forscher die Genauigkeit dieses Streifentests zum Nachweis bakterieller Infektionen im Sputum, indem sie übrig gebliebene Sputumproben analysierten, die zur Untersuchung an die Abteilung für Mikrobiologie des Universitätsklinikums Linköping geschickt wurden.