Molekularkultur zur Diagnose der pädiatrischen Sepsis (CHAMPIONS)

Neugeborene und Kinder erhalten bei Verdacht auf eine Sepsis häufig Antibiotika. Sepsis weist bei Neugeborenen und Kindern eine hohe Morbidität und Mortalität auf. Bis zu 50 % der Kinder in den Niederlanden erhalten in den ersten vier Lebensjahren mindestens eine Antibiotikakur. Postnatal werden auf Neugeborenen- und Kinderstationen häufig Antibiotika bei vermuteten bakteriellen Infektionen verschrieben, bei etwa 30 % dieser Patienten ist jedoch keine bakterielle Infektion nachgewiesen.

Eine schnelle Diagnose einer Sepsis bei Neugeborenen und Kindern ist problematisch, da die klinischen Symptome subtil beginnen und unspezifisch sind. Der Goldstandard zur Diagnose einer bakteriellen Sepsis ist eine konventionelle Blutkultur. Leider ist die Bakterienkultur zeitaufwändig (es dauert bis zu 36–72 Stunden, bis ein Ergebnis vorliegt) und ist in dieser Bevölkerungsgruppe nicht anfällig für Sepsis. Aus diesem Grund werden Kinder und Säuglinge mit Risikofaktoren für eine Infektion oder klinischen Anzeichen und Symptomen einer Infektion bei anfänglichem Sepsisverdacht empirisch mit Antibiotika behandelt, bis die Ergebnisse der konventionellen Blutkultur vorliegen. Derzeit erhalten in den Niederlanden mehr als 85 % der sehr früh geborenen Säuglinge (Gestationsalter <30 Wochen) Antibiotika gegen das Risiko einer früh einsetzenden Sepsis (EOS), und etwa zwei Drittel werden mindestens einmal auf eine spät einsetzende Sepsis (LOS) untersucht ). Auch älteren Kindern werden bei Verdacht auf Sepsis oft empirisch Antibiotika verschrieben, bis die Ergebnisse der Blutkultur vorliegen.

Es gibt zunehmend Hinweise darauf, dass der Einsatz von Antibiotika in der Neugeborenenperiode und im Kindesalter neben Antibiotikaresistenzen auch das Mikrobiom verändert und das Risiko unmittelbarer und langfristiger Nebenwirkungen erhöht, wie z. B. ein erhöhtes Risiko für Asthma, Fettleibigkeit, Allergien und Entzündungen Darmerkrankungen (IBD). Um eine unnötige Behandlung nicht infizierter Kinder zu vermeiden, wäre ein früher, schneller, empfindlicher und spezifischer Labortest hilfreich, um Ärzten bei der Entscheidung zu helfen, wann sie die Antibiotika so schnell wie möglich absetzen sollten.

Eine weitere Technik, um eine Neugeborenensepsis im Vergleich zur herkömmlichen Blutkultur schnell und in einem früheren Stadium zu erkennen, ist die Molekularkultur (MC). MC ist eine schnelle molekularbasierte Kultivierungstechnik, mit der Bakterien innerhalb von 4 Stunden nach der Blutentnahme identifiziert werden können. Kurz gesagt handelt es sich bei MC um eine DNA-basierte Profilierungstechnik, die zwischen Bakterienarten auf der Grundlage artspezifischer Unterschiede in der Nukleotidlänge der 16S-23S rDNA-Interspacer (IS)-Region unterscheidet, indem stammspezifische, fluoreszierend markierte Polymerase-Kettenreaktions-(PCR)-Primer verwendet werden. Ein Standard-MC-Verfahren besteht aus zwei separaten PCRs. In der ersten PCR werden zwei verschiedene Primer hinzugefügt, wobei ein Primer Mitglieder der Phyla Firmicutes, Actinobacter, Fusobacteria und Verrucomicrobia (FAFV) fluoreszierend markiert, während der zweite Primer Mitglieder der Phylum Bacteroidetes markiert. In der zweiten PCR wird ein dritter markierter Primer hinzugefügt, der auf Mitglieder des Stammes Proteobakterien abzielt. Anschließend können diese PCR-Produkte amplifiziert und DNA-Fragmente anhand ihrer Nukleotidlänge aufgetrennt werden. Schließlich wird ein typisches MC-Mikrobenprofil erstellt, das aus einer Reihe farblich gekennzeichneter Peaks besteht. Jeder Peak stellt eine einzelne bakterielle operative taxonomische Einheit (OTU) dar, abhängig von der Nukleotidlänge des IS-Fragments. Die Länge dieser Peaks zeigt die Konzentration dieser bestimmten OTU an, während die Peakfarben Informationen über die vorhandene Phyla (FAFV, Bacteroidetes oder Proteobacteria) liefern. .

Bei einer bakteriellen Sepsis ist ein Bakterium in den ansonsten sterilen Blutkreislauf gelangt und verursacht aufgrund einer Fehlregulation der Immunantwort des Wirts und/oder einer Reaktion bakterieller Endotoxine eine Sepsis. Sowohl die Blutkultur als auch die MC können Bakterien nachweisen und ein positives Ergebnis (falls ein Bakterium kultiviert wurde) oder ein negatives Ergebnis (falls keine Bakterien nachgewiesen wurden) liefern. Falls die Tests positiv ausfallen, zeigen beide Techniken auch, welche Bakterien gefunden wurden, die dazu verwendet werden könnten, das Antibiotika-Regime so zu ändern, dass es auf das bestimmte kultivierte Bakterium abzielt. Allerdings kann der MC-Prozess innerhalb von 4 Stunden abgeschlossen sein, was viel kürzer ist als die Inkubationszeit der Goldstandard-Blutkultur, die 36–72 Stunden beträgt. Wenn keine Sepsis vorliegt (und somit keine Bakterien im Blutkreislauf vorhanden sind), fällt der MC ebenfalls innerhalb von 4 Stunden negativ aus und kann daher Ärzten helfen, die Antibiotikagabe bei nicht infizierten Kindern im Vergleich zur herkömmlichen Blutkultur viel schneller abzubrechen.

Blutkulturen sind immer noch der Goldstandard, es wird jedoch allgemein davon ausgegangen, dass sie eine geringe Sensitivität für die Diagnose einer Sepsis bei Neugeborenen und Kindern aufweisen und zeitaufwändig sind. Fälle von Sepsis können durch Kulturen übersehen werden, und ein empfindlicherer diagnostischer Test wie molekulare Tests wie der MC können nützlich sein. Fortschritte in der mikrobiellen Technologie haben zur Entwicklung schneller molekularer Methoden wie MC geführt, die möglicherweise empfindlicher sind als Kultur. Mehrere neue molekulare Techniken, wie quantitative PCR, konventionelle Breitband-PCR und Multiplex-PCR, wurden zum Nachweis einer Sepsis bei Neugeborenen untersucht. Da diese Techniken jedoch auf bestimmte Arten ausgerichtet sind, ist es unmöglich, alle Bakterienarten nachzuweisen. Somit wird alles übersehen, wonach nicht explizit gesucht wird. Im Gegensatz dazu ist MC in der Lage, alle Bakterienarten zu erkennen, die eine bakterielle Sepsis bei Neugeborenen verursachen können.

Die MC-Technik ist validiert, um diese pathogenen Bakterien in Körperflüssigkeiten nachzuweisen. In den letzten Jahren wurde eine Reihe von Artikeln veröffentlicht, die alle Aspekte der MC-Technik validieren. Darüber hinaus wird MC in Krankenhäusern auf der Intensivstation zum Nachweis von Bakterien in ansonsten sterilen Proben wie Blut, aber auch in Proben aus Abszessen eingesetzt. Eine Proof-of-Principal-Studie an 39 Neugeborenen mit EOS-Verdacht, von denen zusätzliche Blutproben sowohl aus der Nabelschnur als auch aus der peripheren Aderlass entnommen wurden, zeigte, dass MC in der Lage war, einen pathogenen Bakterienstamm nachzuweisen, der höchstwahrscheinlich der Erreger war Sepsis bei einem Säugling, der klinisch krank war. Die konventionelle Kultur erbrachte bei diesem Patienten keine Ergebnisse. Zwei zusätzliche MC-Proben zeigten Stämme, die bei Säuglingen, die klinisch gut auftraten und bei denen die konventionelle Kultur negativ blieb, wahrscheinlich Kontaminanten darstellten. Es wurden keine weiteren Abweichungen festgestellt. Diese Studie zeigte auch, dass MC an Blutproben, die mit vorherrschenden Bakterienstämmen für neonatale Sepsis versetzt waren, eine sehr hohe Übereinstimmung mit der quantitativen PCR als Kontrolldiagnostik zeigte. Größere Studien sind erforderlich, um die diagnostische Genauigkeit zu bestätigen, da die Inzidenz kulturell nachgewiesener Sepsis sehr gering ist .

Die Ergebnisse einer anderen Studie, in der die MC-Technik zum Nachweis von Bakterien in menschlichen Körperflüssigkeiten eingesetzt wurde, sind vielversprechend. In dieser Studie wurden 66 Proben gesammelt und mittels konventioneller Kultur und MC getestet. Bei 100 % der Proben mit positiver Kultur war auch der MC positiv. In fünf Proben erwies sich die konventionelle Kultur als negativ, wohingegen die MC positiv war. Die Fallgeschichten dieser fünf Patienten wurden erhoben und ließen darauf schließen, dass die MC-Befunde von hoher klinischer Relevanz waren und daher möglicherweise eine höhere Sensitivität im Vergleich zu herkömmlichen Blutkulturen aufweisen.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass MC durch die schnelle Erkennung möglicherweise besser in der Lage ist, die klinische Entscheidungsfindung für die Behandlung von Sepsis bei Neugeborenen und Kindern zu unterstützen. Die Eignung von MC in dieser spezifischen Population wurde jedoch nicht ausreichend untersucht. Daher sollte eine qualitativ hochwertige Studie durchgeführt werden, um die diagnostische Genauigkeit des MC für Sepsis bei Neugeborenen und Kindern zu bestimmen und um festzustellen, ob diese Technik die herkömmliche Blutkultur ersetzen kann.