Neuartige Diagnosemethoden zur Identifizierung externer ventrikulärer Drainage-assoziierter Infektionen (EVD Infect II)

In der Literatur wird die Inzidenz zwischen 1 und 35 % der eingesetzten Drainagen angegeben. Diese Ungleichheit resultiert aus dem Fehlen eines internationalen Konsenses über eine Definition für EVDIs und der Verwendung verschiedener diagnostischer Kriterien in allen Studien. In einer neurointensivmedizinischen Umgebung sind klinische Symptome aufgrund der Grunderkrankung oft schwer zu beurteilen. Die Bakterienkultur der Cerebrospinalflüssigkeit (CSF) ist der aktuelle Goldstandard der EVDI-Diagnostik. Allerdings dauert es oft mehrere Tage, bis Liquor-Bakterienkulturen fertig sind, und der vorherige Einsatz von Antibiotika kann die Inkubationszeit der Kultur weiter verlängern oder falsch negative Kulturen verursachen. Es ist selten möglich, die Behandlung zu verzögern, bis die Bakterienkulturen fertig sind. Darüber hinaus kann es aufgrund der Ätiologie dieser Infektionen schwierig sein, Kontaminationen und tatsächlich positive Ergebnisse allein anhand der kultivierten Bakterien zu unterscheiden. Daher basiert die Früherkennung von EVDI auf indirekten Anzeichen einer bakteriellen Infektion, nämlich der Liquoranalyse von Glukose, Laktat, Protein, Leukozyten und Erythrozyten. Bei neurokritisch Kranken werden die Liquorparameter häufig durch intraventrikuläre Blutungen (IVH) verfälscht. Insbesondere Leukozyten und Erythrozyten können je nach IVH-Volumen stark variieren.

Zur Anpassung an IVH wird üblicherweise das Verhältnis von Leukozyten und Erythrozyten (LE-Verhältnis) im Liquor verwendet und ist eine der Hauptmetriken bei der Identifizierung von EVDIs. Das LE-Verhältnis basiert auf der Annahme, dass Erythrozyten und Leukozyten homogen im Liquor verteilt sind. Diese Annahme wurde bisher nicht in Frage gestellt. Aus Computertomographieaufnahmen (CT) geht jedoch klar hervor, dass sich das Blut in den Ventrikeln ablagert, was darauf hindeutet, dass eine homogene Verteilung unwahrscheinlich ist. Das LE-Verhältnis berücksichtigt nicht die Tatsache, dass das Blut selbst eine aseptische Entzündung verursacht, die zur Einwanderung von Leukozyten führt. Darüber hinaus können Leukozyten, insbesondere Granulozyten, eine Aufwärtsflotation oder Antisedimentation zeigen, eine Eigenschaft, die bei kritisch kranken Patienten nachweislich verstärkt ist. Daher sedimentieren Leukozyten möglicherweise langsamer als Erythrozyten, was die intraventrikuläre Liquor-/Blutverteilung weiter in Richtung Heterogenität verzerren kann.

Aufgrund der spezifischen Krankheitserreger, Patienteneigenschaften und Störfaktoren hat sich die frühzeitige Identifizierung von EVDI als schwierig erwiesen, und es wurde bisher nicht nachgewiesen, dass ein CSF-Parameter, weder allein noch in seiner Gesamtheit, EVDI zuverlässig vorhersagen oder identifizieren kann. Daher sind Algorithmen, die auf routinemäßig analysierten Liquorparametern und klinischen Symptomen basieren, nicht eindeutig und die Diagnose basiert häufig auf „Expertenmeinung“. Dies führt zu einem übermäßigen Einsatz von Breitbandantibiotika und zu großen Schwankungen in der klinischen Praxis, wobei für jede echte Infektion bis zu 10–20 Patienten behandelt werden müssen. Darüber hinaus basiert die Hauptmetrik der EVDI-Diagnostik, das LE-Verhältnis, auf der unsicheren Annahme, dass Zellen im Liquor homogen verteilt sind. Ob und wie sich dies auf routinemäßig analysierte Liquorparameter auswirkt, muss noch untersucht werden. Angesichts der fragwürdigen Präzision aktueller indirekter Methoden zur Identifizierung von EVDI besteht ein Bedarf an schnelleren und genaueren Werkzeugen für den direkten mikrobiologischen Nachweis und die Identifizierung in der Diagnostik von EVDI.

Der Einsatz neuer bakterieller DNA-Sequenzierungstechniken in der Medizin für Infektionskrankheiten nimmt zu. Leider wurden diese Techniken für CSF mit Primern, die die spezifischen Bakterien abdecken, die in EVDIs vorkommen, noch nicht verifiziert. Darüber hinaus liegen aufgrund des Fehlens etablierter Arbeitsabläufe rund um die Uhr rund um diese Methoden die Ergebnisse dieser Techniken noch nicht innerhalb des Zeitrahmens vor, der für die Entscheidung über die Einleitung einer Behandlung erforderlich ist. Es hat sich jedoch gezeigt, dass reguläre PCR-Methoden bei einem großen Teil der klinisch vermuteten Patienten mit schwerer Sepsis, die negative Blutkulturen aufweisen, Bakterien identifizieren können. Interessanterweise wies diese Gruppe die höchste Sterblichkeit auf, was darauf hindeutet, dass die positiven Bakterienbefunde nicht nur auf die Verwendung einer überempfindlichen Technik zurückzuführen waren. Bakterielle DNA-Sequenzierungstechniken können im Vergleich zu herkömmlichen Bakterienkulturen möglicherweise innerhalb kürzerer Zeit eine höhere Empfindlichkeit aufweisen.

16s-ribosomale Ribonukleinsäure (16s-rRNA) ist ein Bestandteil der prokaryotischen ribosomalen 30s-Untereinheit und kommt in allen prokaryotischen Lebensformen vor. Es hat sich gezeigt, dass der Einsatz der 16s-rRNA-Sequenzierung Bakterien in normalerweise sterilen Körperflüssigkeiten wie Liquor im Vergleich zu Bakterienkulturen zuverlässig identifiziert. 16s-rRNA hat außerdem den Vorteil, nicht lebensfähige Bakterien identifizieren zu können, und weist daher möglicherweise eine höhere Empfindlichkeit bei Patienten auf, die vor der Probenahme einer Antibiotikabehandlung unterzogen wurden, was sie zu einem vielversprechenden Ziel für die Sequenzierung bakterieller DNA macht. Allerdings wurde die 16s-rRNA-Sequenzierung für EVDIs nicht umfassend untersucht.

Optotracing ist eine neuartige Methode zur Identifizierung von Bakterien und bakteriellen Biofilmen. Die Methode basiert auf lumineszierenden konjugierten Oligothiophenen (LCOs), einem Polymer, das optoelektrische Eigenschaften aufweist. Die Wechselwirkung zwischen LCOs und Biofilmprodukten oder Bakterien führt direkt zu einer zielspezifischen Fluoreszenzemission, die eine optische Erkennung ermöglicht. Kürzlich wurde festgestellt, dass die Methode Biofilme, die uropathogene E. Coli produzieren, bei Patienten mit Harnwegsinfektionen zuverlässig identifizieren kann. Darüber hinaus war die Methode in der Lage, unabhängig vom Nachweis von Biofilmprodukten zwischen gesundem und infiziertem Urin zu unterscheiden. Optoelektrische Polymere sind vielseitige Moleküle, die eine einfache Modifikation ermöglichen, die eine maßgeschneiderte zielspezifische Interaktion ermöglichen kann, was möglicherweise den Einsatz von Optoracing als Methode zur spezifischen schnellen Bakterienidentifizierung in der EVDI-Diagnose ermöglicht.

Zusätzlich zum Optoracing wurde kürzlich die elektrochemische Messung der bakteriellen Stoffwechselaktivität (REDOX) als neue Methode zum Nachweis von Bakterien untersucht. REDOX nutzt die reduzierenden Fähigkeiten von Bakterien. Diese Eigenschaft ermöglichte die Schaffung eines schnellen, hochempfindlichen Testarrays unter Verwendung von Polymeren mit halbleitenden Eigenschaften, die als Elektronenakzeptor fungieren. Diese Methode ermöglicht die Messung der Stoffwechselaktivität von Bakterien in Echtzeit durch Messung des Stroms, der durch die direkte Übertragung von Elektronen von den Bakterien auf die Polymeroberfläche oder indirekt durch die Freisetzung redoxaktiver Verbindungen induziert wird. Der Einsatz von leitenden und optoelektrischen Polymeren zum Nachweis von Bakterien stellt ein spannendes neues Forschungsgebiet mit vielversprechenden klinischen Anwendungen dar, die eine direkte, präzise und schnelle mikrobiologische Diagnostik ermöglichen und eine Echtzeitüberwachung des Bakterienwachstums ermöglichen könnten.

Das übergeordnete Ziel dieses Projekts besteht darin, neuartige Methoden des direkten Bakteriennachweises in der EVDI-Diagnostik zu untersuchen, um zu bewerten, ob diese Methoden zur Steuerung der Behandlung eingesetzt werden können, um eine übermäßige Behandlung mit Breitbandantibiotika bei neurokritisch kranken Patienten zu reduzieren.