Molekulare frühe Sepsis-Identifizierungsstudie (MESIS)

Hintergrund Sepsis wurde kürzlich neu definiert (Sepsis 3) als eine Infektion, die zu Organfunktionsstörungen führt (1). Obwohl diese Definition aufgrund der Möglichkeit einer verzögerten Diagnose nicht allgemein von allen Forschern akzeptiert wird (2,3), könnte die Sterblichkeit im Zusammenhang mit dieser Entität durch die frühzeitige Einführung diagnostischer Protokolle und den angemessenen und frühen Einsatz einer antimikrobiellen Therapie (ATB) erheblich reduziert werden.

Eine aktuelle Studie in Katalonien (4) zeigte eine Inzidenz von 212 Sepsisfällen pro 100.000 Einwohner/Jahr mit einer Krankenhaussterblichkeit von 21 %, was signifikant höher ist, wenn wir Intensivpatienten (40 %) oder Patienten mit septischem Schock (> 50%) (5,6). Diese Daten unterstreichen die aktuelle Bedeutung dieser Entität und unterstreichen die Notwendigkeit, nach neuen Alternativen für eine frühzeitige und angemessene Diagnose und Behandlung zu suchen, um einen günstigen Einfluss auf die hohe Sterblichkeitsrate zu haben.

Eine unwirksame Sepsisbehandlung ist häufig auf eine späte Sepsisdiagnose aufgrund der inhärenten Komplikation unspezifischer klinischer Symptome zurückzuführen. Obwohl Procalcitonin (PCT) ein geeigneter Biomarker für die Diagnose einer bakteriellen Infektion zu sein scheint (7,8), zeigen verschiedene Studien eine Diskriminierung von nur etwa 80 % (7,8) und neuere internationale Leitlinien empfehlen seine Verwendung nicht (9, 10,11). Dieselben Richtlinien empfehlen die Verwendung von Scores wie SOFA (sequential organ failure assessment) und qSOFA (eine vereinfachte Version) basierend auf dem Vorhandensein von Bewusstseinsstörungen, Hypotonie und Tachypnoe) für die frühe Risikostratifizierung von Patienten mit Verdacht auf eine Infektion.

Sepsis- und Nicht-Sepsis-systemische Entzündungssyndrome stellen sich jedoch als klinisch ähnliche Entitäten dar, und beide werden häufig durch das Auftreten einer Organdysfunktion kompliziert. Daher bleibt die Erkennung einer Sepsis subjektiv und führt möglicherweise zu einer Überdiagnose der Sepsis und folglich zu einem hohen Einsatz von ATB bei Patienten, die keine Sepsis haben und von dieser Behandlung nicht profitieren (12).

Die Verfügbarkeit neuer molekularer Techniken und die Automatisierung dieser Laboranalysen haben die Suche nach Biomarkern im Zusammenhang mit der Wirtsantwort auf Sepsis angeregt. Die Analyse der Genexpression des Wirts durch RNA-Transkripte (Transkriptomik) bietet eine Chance in diesem komplexen Umfeld des kritisch kranken Patienten. Die Genexpression des Wirts unterscheidet sich stark zwischen septischen Patienten und gesunden Personen (13). Obwohl sich die Genexpression zwischen septisch und nicht septisch entzündeten Patienten weitgehend überschneidet, können mehrere Unterschiede zwischen den bei Sepsis beobachteten Transkripten helfen, eine Infektion von anderen Entzündungsursachen zu unterscheiden [14]. Der SeptiCyte™ LAB-Transkriptionsassay wurde entwickelt, um Infektionen bei kritisch kranken Patienten mit Verdacht auf Sepsis zu diagnostizieren [15]. Es ist der erste Host-Response-Assay, der auf quantitativen Reverse-Transkriptase-PCR-Methoden (qRT-PCR) basiert und von der US-amerikanischen Food and Drug Administration (FDA) zugelassen wurde. SeptiCyte™ LAB ermöglicht die Beurteilung der Wirtsreaktion auf eine Infektion durch die Messung der Expression spezifischer Gene, die an der Immunfunktion und der Entzündungssignalisierung im Vollblut beteiligt sind. Der Test besteht aus der gleichzeitigen Amplifikation von 4 RNA-Transkripten

1. Carcinoembryonales Antigen-bezogenes Zelladhäsionsmolekül 4 (CEACAM4),
2. Liposomen-assoziiertes Membranprotein 1 (LAMP1),
3. plazentaspezifisches Zelladhäsionsprotein 8 (PLAC8) und
4. Phospholipase A2 Gruppe VII (PLA2G7)

Die erste klinische Leistungsstudie von SeptiCyte™ LAB analysierte 345 Patienten, die in die Kohorte Molecular Diagnosis and Sepsis Risk Stratification (MARS) auf zwei Intensivstationen in den Niederlanden aufgenommen wurden [15]. Die Patienten wurden basierend auf einer medizinischen Post-hoc-Bewertung der verfügbaren klinischen, radiologischen und mikrobiologischen Beweise [16] als an Sepsis erkrankt kategorisiert, was zu Schätzungen für AUC (0,77 bis 0,99), Sensitivität (79 % bis 100 %) und Spezifität führte ( 33 % bis 91 %) variierten stark, abhängig von der Prävalenz der Sepsis, dem Konfidenzniveau in Bezug auf die Referenzdiagnose und ob die Patientenregistrierung konsekutiv erfolgte. In einer Post-hoc-Untergruppe von 157 Patienten mit vollständigen Daten, SeptiCyte™ LAB (AUC 0,88, 95 % KI 0,81-0,93) übertraf die PCT-Diskriminierung (AUC 0,84, 95 % KI 0,76-0,92, p<0,001). Die beste Unterscheidungsfähigkeit wurde jedoch durch eine Kombination beider Biomarker erreicht (AUC 0,89, 95 % KI 0,82-0,95, p<0,01). Da diese Analyse etwa 6 Stunden dauerte, wurde ein Sepsis-Frühdiagnosetool (SeptiCyte RAPID (17)) entwickelt, das auf der Messung von zwei der vier Genexpressions-Biomarker im peripheren Blut (PLAC8 und PLA2G7) mit der gleichen quantitativen Umkehrung basiert Transkriptions-Polymerase-Kettenreaktion (RT-qPCR) und korreliert eng mit den klinischen Ergebnissen von SeptiCyte LAB, jedoch mit einem viel einfacheren Arbeitsablauf. Basierend auf den Ergebnissen gibt das Gerät einen Bericht mit einer Sepsis-Wahrscheinlichkeitsskala aus. (siehe beigefügten Algorithmus) Diese neue Analysemethodik kann zusammen mit den üblichen Biomarkern die Früherkennung von Sepsis verbessern, zwischen entzündeten und septischen Patienten unterscheiden.

Der FilmArray® Blood Culture Identification (BCID®) Assay ist ein molekularer Test, der für die direkte Identifizierung von BSI-verursachenden Pathogenen aus positivem BC zugelassen ist (18). Eine kürzlich aktualisierte Version des Panels (BCID2®) umfasst verbesserte Artenidentifikationsmerkmale und ermöglicht den Nachweis eines Expanded-Spectrum-β-Lactamase (ESBL)- und mehrerer Carbapenemase-codierender Gene. Das BCID2®-Panel testet auf 43 Ziele, die mit Blutbahninfektionen in Verbindung gebracht werden, darunter gramnegative Bakterien, grampositive Bakterien, Hefe und 10 antimikrobielle Resistenzgene – alle mit einem Test und mit Ergebnissen, die in etwa einer Stunde aus positiver Blutkultur verfügbar sind. Darüber hinaus enthält das BCID2®-Panel-Menü sieben zusätzliche Resistenzgene, darunter Carbapenemasen, Colistin-Resistenzgene, und ein MREJ-Assay ermöglicht eine spezifischere MRSA-Identifizierung. Eine kürzlich durchgeführte Studie (19) bewertet die klinische Leistung des BCID2-Assays zur Speziesidentifizierung in 180 positiven Blutkulturen (BCs). Die BCID2-Ergebnisse stimmten mit dem Behandlungsstandard (SOC) bei 159/180 (88,3 %) überein BCs; In Übereinstimmung mit den SOC-Ergebnissen wurden 68/74 (91,9 %) bzw. 71/74 (96,0 %) aller Proben mit monobakteriellen, grampositiven bzw. gramnegativen Pathogenen identifiziert. Die Nichtübereinstimmung stand im Zusammenhang mit dem Nachweis zusätzlicher Pathogene durch den BCID2-Assay (n = 4), der diskrepanten Artenidentifikation (n = 4) oder dem Versagen von BCID2 beim Nachweis von On-Panel-Pathogenen (n = 1).

Die übliche Durchführung des BCID2® erfolgt nach positiver Blutkultur. Einige vorläufige Ergebnisse (20) deuten jedoch darauf hin, dass die Leistung von BCID2® beim Nachweis von Mikroorganismen sehr früh, bei nur wenigen Stunden (6-8 h) Inkubation der Blutkultur und bevor die Blutkultur positiv wird, ausreichend sein kann.

Da eine frühzeitige Diagnose und frühzeitige Verabreichung einer wirksamen Antibiotikatherapie von entscheidender Bedeutung für die Verbesserung des Behandlungsergebnisses sind, besteht das Ziel der vorliegenden Studie darin, ein klinisches Protokoll zu entwickeln und zu evaluieren, das die molekulare Diagnose von Infektionen und die frühe Bestimmung von Mikroorganismen in Blutkulturen mit nur 6 kombiniert -8 Stunden Inkubation, bevor sie als positiv befunden werden.

Endpunkte

Die primären Endpunkte sind:

1. - Bestimmung der Fähigkeit von Filmarrays BCID 2® zur Früherkennung von Mikroorganismen in BC nach einigen Stunden Inkubation und bevor sie positiv geworden sind.
2. - Bestimmung der Eignung von SeptiCyte® zur molekularen Sepsisdiagnostik bei kritisch kranken Patienten mit unklarem Infektionsherd.

Die sekundären Endpunkte sind

1. - Bestimmung der möglichen Auswirkungen der Ergebnisse auf das Management der antimikrobiellen Behandlung.
2. - Um zu bestimmen, ob ein Zusammenhang zwischen gemeinsamen Serum-Biomarkern (PCT, CRP) und positiven SeptiCyte®- und BCID 2®-Ergebnissen besteht.

Wichtigste Einschluss-/Ausschlusskriterien

Einschlusskriterien:

1. - Erwachsene (>16 Jahre alt)
2. - Mindestens 2 SIRS-Kriterien
3. - RCP (> 10 mg/dl) oder PCT (> 0,5 ng/ml in Gemeinschaft oder > 1,0 ng/ml bei nosokomialen Infektionen) erhöht

3.- Ohne klaren Fokus, der eine Sepsis rechtfertigt. 4.- Hoher Verdacht auf eine Infektion, die den Beginn einer antimikrobiellen Behandlung erfordert.

Ausschlusskriterien:

1. - Nichtentnahme der Proben innerhalb von 12 Stunden nach Infektionsverdacht und Antibiotikagabe
2. - Vorherige Verabreichung von Antibiotika in den letzten 24 Stunden
3. - Dokumentierte oder offensichtliche Sepsis konzentriert sich auf die Aufnahme auf der Intensivstation

Verfahren:

Wenn der Patient die Aufnahmekriterien erfüllt und keine Ausschlusskriterien aufweist, wird er in das diagnostische Protokoll des MESIS-Algorithmus aufgenommen.

Es ist keine Unterschrift der Zustimmung erforderlich, da weder spezielle Verfahren durchgeführt werden, noch klinische Entscheidungen auf der Grundlage der Testergebnisse getroffen werden.

MOLEKULARDIAGNOSTIK-PROTOKOLL UND FRÜHGERICHTETE BEHANDLUNG (Siehe beigefügter Untersuchungsplan) Sobald die üblichen Blutproben zur Bestimmung von PCR, PCT, Leukozytenzahl (WBC) und Blutkulturen (4 Flaschen) sowie klinisch signifikant entnommen wurden Kulturen, und wenn die Einschlusskriterien erfüllt sind, werden die Blutkulturen (4 Flaschen) zusammen mit einem EDTA-Röhrchen von den erhaltenen für die übliche Analyse an die Abteilung Mikrobiologie gesendet, wo die Bestimmung mit SeptiCyte® und BCID 2® durchgeführt wird (siehe beigefügten Algorithmus).

A) SeptiCyte RAPID® wird bei allen Patienten zum Zeitpunkt des Probeneingangs in der mikrobiologischen Abteilung durchgeführt. Das Testergebnis wird im Studien-CRF gespeichert. Dieses Ergebnis ist dem behandelnden Arzt des Patienten nicht bekannt.

B) Das BioFire® FilmArray® Blutkultur-Identifizierungspanel (BCID 2®) wird an den 4 Blutkulturflaschen nach 6-8 Stunden Inkubation und insbesondere bevor es positiv wird, durchgeführt. Das Testergebnis wird im Studien-CRF gespeichert. Dieses Ergebnis ist dem behandelnden Arzt des Patienten nicht bekannt. Sobald die Blutkultur positiv ist, wird eine neue BCID 2-Bestimmung durchgeführt und das Ergebnis mit dem zuvor nach 6-8 Stunden Inkubation erhaltenen Ergebnis verglichen.

HINWEIS: In keinem Fall werden die erhaltenen Informationen verwendet, um Verhaltensweisen oder Behandlungen im Zusammenhang mit dem Status des Patienten zu definieren. Für jeden Patienten wird nur die erste Episode einer möglichen Sepsis berücksichtigt.

Patienten werden gemäß den Definitionen der „The International Sepsis Forum Consensus Conference on Definitions of Infection in the Intensive Care Unit“ als bestätigte, wahrscheinliche oder mögliche Sepsis eingestuft. (Calandra T. et al. Crit Care Med 2005; 33:1538-1548).

Berechnung der Stichprobengröße Nach einer Veröffentlichung von Klein Klouwenberg (12) werden nur 25 % der Patienten mit Verdacht auf Sepsis, die bei Aufnahme auf die Intensivstation Antibiotika erhalten, endgültig als Sepsis definitiv eingestuft. Unsere Studie hofft, mindestens 40 % der Sepsis bei Patienten mit Verdacht auf Sepsis identifizieren zu können. Basierend auf dieser Differenz und für eine Trennschärfe von 90 % mit einer Fehlerquote von 5 % müssen 60 Patienten eingeschlossen werden.

Unter Berücksichtigung eines möglichen Verlusts von 20 % der Patienten (17 Patienten) steigt die Zahl auf 100 Patienten. Um die Anzahl der Patienten und die Aussagekraft der Studie zu gewährleisten, wurde entschieden, weitere 20 % einzubeziehen, was insgesamt 120 Patienten ergibt.

Datenanalyseplan:

Qualitative Variablen werden als Prozentsätze ausgedrückt, während quantitative Variablen als Mittelwert und Standardabweichung (SD) oder Median und Interquartilbereich 25-75 % ausgedrückt werden. Um klinische Unterschiede zwischen Gruppen mit und ohne BCID 2- und SeptiCyte-Positiven zu bestimmen, werden Chi-Quadrat- und Fisher-Tests für kategoriale Variablen und Student's t-Test oder Mann-Withney U-Test für quantitative Variablen verwendet. Es wird eine multivariate Analyse durch binäre logistische Regression durchgeführt, um die Risikofaktoren zu bestimmen, die mit dem frühen Vorhandensein von Mikroorganismen in BCID 2 und für die Diagnose eines hohen Sepsisrisikos mit SeptiCyte verbunden sind.

Schließlich wird ein empirischer antimikrobieller Behandlungsalgorithmus für kritisch kranke Patienten entwickelt, der sich auf die Art der isolierten Mikroorganismen und die entwickelten Resistenzgene bezieht.

Einschränkungen Die Haupteinschränkung der Studie ist die Möglichkeit, unter den eingeschlossenen Personen eine geringere Anzahl von Patienten mit Sepsis zu zeigen als die, die zur Berechnung der Stichprobengröße verwendet wurde. Diese Situation könnte aufgrund der fehlenden Aussagekraft der Studie zu einem Mangel an statistischer Signifikanz führen. Um dies zu vermeiden, ist geplant, eine Zwischenanalyse durchzuführen, wenn 70 % der Patienten erreicht sind. Die zweite Einschränkung ist die Aufnahme von Patienten mit einer niedrigen Rate. Obwohl davon ausgegangen wurde, dass 6 Monate Feldarbeit ausreichen, könnte die Studie um weitere 4 Monate verlängert werden, um die Anzahl der Patienten zu vervollständigen.

Ethische Erwägungen Die Studie wird derzeit von der Referenzkommission für Ethik und klinische Forschung überprüft. Aufgrund seines Designs zur Verbesserung der Versorgungsqualität wurde ein Verzicht auf die Einwilligung nach Aufklärung beantragt.