Validierung von molekularen und Protein-Biomarkern bei Sepsis (VAMp-sepsis)

Sepsis, definiert als lebensbedrohliches Organversagen infolge einer fehlregulierten Wirtsreaktion auf eine Infektion, bleibt eine der häufigsten Todesursachen bei kritisch kranken Patienten und wurde in einer WHO-Resolution von 2017 als Gesundheitspriorität aufgenommen. Die Diagnose dieser Störung ist schwierig, da sich die klinischen Anzeichen und Symptome einer systemischen Entzündung bei Sepsis mit denen nicht-infektiöser kritischer Zustände überschneiden, d. h. des schweren Entzündungsreaktionssyndroms (SIRS), z. Herzstillstand und Verbrennungen. Eine frühzeitige und genaue Diagnose einer Sepsis ist entscheidend für die Verbesserung der Patientenergebnisse und die Reduzierung des Antibiotikaverbrauchs. Verzögerungen bei der Verabreichung von Antibiotika sind mit schlechteren Ergebnissen verbunden; Paradoxerweise erhöht jedoch die willkürliche Verschreibung von Antibiotika an Patienten ohne bakterielle Infektionen sowohl die Morbiditätsrate als auch die antimikrobielle Resistenz. Die Rate unangemessener Antibiotika-Verschreibungen im Krankenhausumfeld wird auf 30 bis 50 % geschätzt und würde durch den Zugang zu verbesserten diagnostischen Tests gesenkt werden.

Derzeit gibt es keinen Goldstandard-Labortest, der das Vorhandensein und die Art einer Infektion umfassend bestimmen kann. Obwohl die neue Polymerase-Kettenreaktion (PCR)-basierte Molekulardiagnostik Krankheitserreger direkt aus der Blutkultur profilieren kann, leiden sie unter Empfindlichkeitsproblemen, da sie von einer ausreichenden Anzahl von Krankheitserregern in der Blutprobe abhängig sind. Sie sind auch auf den Nachweis eines bestimmten Bereichs von Krankheitserregern beschränkt. Infolgedessen gibt es einen wachsenden Fokus auf molekulare Diagnostik, die die Immunantwort des Wirts profiliert. Aktuelle Sepsis-Gruppierungen basieren auf klinischen Kriterien wie dem Vorhandensein eines Schocks, einer Infektionsquelle oder Organversagen, aber solche Gruppierungen repräsentieren möglicherweise nicht die zugrunde liegende Biologie, die die Wirtsreaktion antreibt. Sie haben es auch versäumt, Patienten für neuartige Interventionen angemessen zusammenzubringen. Wenn die Heterogenität der Sepsis wirklich die Heterogenität in der Wirtsreaktion widerspiegelt, wird die Charakterisierung dieser zugrunde liegenden Wirtsreaktionstypen von grundlegender Bedeutung sein, um präzise Sepsistherapeutika zu ermöglichen.

In einer früheren multizentrischen, klinisch-zeitlichen Studie in drei Kohorten von Patienten, die auf der Intensivstation (ICU) aufgenommen wurden; (i) Herzstillstand außerhalb des Krankenhauses (n=36 – SIRS-Gruppe)) (ii) Lungensepsis (n=84) (iii) abdominale Sepsis (n=64) und 30 gesunde Kontrollpersonen, validierte potenzielle Immunbiomarker des Wirts. Unter Verwendung von 202 Proben aus diesen Kohorten leiteten die Forscher eine Reihe von Gen-Biomarkern ab, die Patienten mit schweren Entzündungen identifizieren und Sepsis von nicht infizierten Entzündungen über ein breites Spektrum klinischer Zustände hinweg unterscheiden können. Andere Biomarker wurden zur Verwendung für andere Zwecke identifiziert, z. Prognose/Schwere. Unser Patent, das sich aus dieser Arbeit ergibt, wurde eingereicht und ist in die PCT-Phase eingetreten. Aus diesen patentierten Markern wurde ein sparsamer Satz von 17 Genen weiter abgegrenzt, die weiter untersucht werden. Es wurde eine Untergruppe von zwei Genentitäten identifiziert, die schwere Entzündungen mithilfe der Receiver Operating Characteristic/Area under the Curve (ROC)-Analyse mit einem Wert von etwa 0,98 genau erkennen kann. Ein Panel von drei/vier Genentitäten wurde zur Unterscheidung von SIRS von allen Sepsistypen identifiziert (ROC 0,89-0,92), alles abhängig von den Einstellungen für den Empfindlichkeits- oder Spezifitätsbereich.

Eine bessere Diagnostik für sepsisbedingte Entzündungen ist sowohl im stationären als auch im ambulanten Bereich erforderlich. In ambulanten Einrichtungen mit niedrigem Gesundheitszustand, die etwa 80 % des gesamten Antibiotikaverbrauchs im Vereinigten Königreich ausmachen, würde eine einfache Diagnose zur Unterscheidung eines septischen Entzündungsprozesses von einem harmlosen, selbstlimitierenden Zustand zu einer angemessenen antimikrobiellen Verwendung, einer angemessenen Triage und zur Vermeidung weiterer Untersuchungen beitragen angemessene Eskalation / Aufnahme. In High-Acuity-Settings ist es wichtig, Ursachen für nicht-infektiöse Entzündungen auszuschließen; Ein Entscheidungsmodell für die Verschreibung von Antibiotika sollte eine nicht infizierte, ungesunde Ursache beinhalten. Eine zuverlässige Diagnose, wie unsere, muss alle drei Präsentationen unterscheiden: nicht infizierte Entzündung, Sepsis und relative Gesundheit. Es wird einen großen Schritt in der Bereitstellung von Diagnose-/Stratifizierungskapazitäten darstellen, die Entscheidungs- und Patientenmanagementwege erheblich verbessern und möglicherweise den übermäßigen Einsatz von Antibiotika in der Akutmedizin und im Umfeld der Intensivpflege reduzieren.

Diese Biomarker, sobald sie in einer unabhängigen Kohorte über qPCR für mRNA und ihre entsprechenden Proteine ​​validiert sind, werden zusammen mit einem begleitenden, einfach zu verwendenden, klinisch orientierten Bewertungssystem ein vollständiges Datenpaket darstellen, das intern eingeführt werden kann, vorbehaltlich der entsprechenden weiteren Akkreditierung und/oder von kommerziellen Partnern für die Entwicklung von Point-of-Care-Geräten genutzt werden. Diese letztere Option könnte sich für die Verbreitung des Tests in anderen für Patente geeigneten globalen Territorien als nützlich erweisen.

Es besteht ein dringender Bedarf, diese Ergebnisse auf verschiedene Weise zu validieren; Verwendung einer unabhängigen Patientenkohorte, bei der Laborwissenschaftler für die klinischen Phänotypen der rekrutierten Patienten blind sind und Ärzte die Genexpressionsdaten nicht kennen.

Verwendung eines bioinformatischen Ansatzes zur Validierung der Ergebnisse in bereits veröffentlichten Datensätzen

Dieses Projekt wird verschiedene Ansätze verwenden, um diese neuartigen SIRS- oder Sepsis-assoziierten Biomarker zu validieren, die durch Artificial Neural Network (ANN) und parametrisches Data Mining von zuvor veröffentlichten Datensätzen identifiziert und zuvor aus einer früheren gut charakterisierten klinischen Kohorte weiter validiert wurden;

1. Die Labors von Public Health England werden die Biomarker-mRNA-Expression mithilfe eines qPCR-Ansatzes bewerten, wobei RNA aus Patienten- und Kontroll-Vollblut gereinigt wird
2. Die Labors von Public Health England und Cardiff werden Protein-Biomarker mit ELISA-Assays bewerten
3. Proteomanalyse von Blut durch externe Mitarbeiter

Weitere Datenanalysen werden unter Verwendung von ROC-Kurvenanalyse und arithmetischen Algorithmen und/oder anderen statistischen/bioinformatischen Methoden durchgeführt. Die Bewertung der Spezifität und Sensitivität sowie der positiven und negativen Vorhersagewerte unter Verwendung bewährter Methoden wird ebenfalls durchgeführt, um die Leistung der Biomarker-Panels bei der Unterscheidung von Patientenkontroll- und Krankheitsgruppen zu bewerten.