Uudet diagnostiset menetelmät ulkoiseen kammiovirtaukseen liittyvien infektioiden tunnistamiseen (EVD Infect II)

Kirjallisuudessa raportoitu esiintyvyys vaihtelee 1-35 %:n välillä asennetuista viemäristä. Tämä ero johtuu kansainvälisen yksimielisyyden puutteesta EVDI:n määritelmästä ja erilaisten diagnostisten kriteerien käytöstä eri tutkimuksissa. Neurointensiivihoidossa kliinisiä oireita on usein vaikea arvioida taustalla olevan sairauden vuoksi. Aivo-selkäydinnesteen (CSF) bakteeriviljelmä on EVDI-diagnostiikan nykyinen kultainen standardi. CSF-bakteeriviljelmien viimeistely kestää kuitenkin usein useita päiviä, ja aiempi antibioottien käyttö voi pidentää viljelmän inkubaatioaikaa tai aiheuttaa vääriä negatiivisia viljelmiä. Hoitoa on harvoin mahdollista viivyttää ennen kuin bakteeriviljelmät ovat valmiit. Lisäksi näiden infektioiden etiologian vuoksi kontaminaatiota ja todellisia positiivisia voi olla vaikea erottaa pelkästään viljeltyjen bakteerien perusteella. Siten EVDI:n varhainen tunnistaminen perustuu bakteeri-infektion epäsuoriin merkkeihin, nimittäin glukoosin, laktaatin, proteiinin, leukosyyttien ja erytrosyyttien CSF-analyysiin. Neurokriittisillä sairailla CSF-parametreja sekoittaa usein intraventrikulaarinen verenvuoto (IVH). Erityisesti leukosyytit ja erytrosyytit voivat vaihdella suuresti IVH-tilavuuden mukaan.

IVH:n säätämiseksi käytetään yleisesti leukosyyttien ja erytrosyyttien suhdetta (LE-suhde) CSF:ssä, ja se on yksi tärkeimmistä mittareista EVDI:n tunnistamisessa. LE-suhde perustuu oletukseen, että erytrosyytit ja leukosyytit ovat jakautuneet tasaisesti CSF:ssä. Tätä oletusta ei ole aiemmin kyseenalaistettu. Tietokonetomografiatutkimuksista (CT) on kuitenkin selvää, että kammioihin kertyy verta, mikä viittaa siihen, että homogeeninen jakautuminen on epätodennäköistä. LE-suhde ei ota huomioon sitä tosiasiaa, että veri aiheuttaa itsessään aseptisen tulehduksen, mikä johtaa leukosyyttien maahanmuuttoon. Lisäksi leukosyyteillä, erityisesti granulosyyteillä, voi esiintyä ylöspäin suuntautuvaa floataatiota tai antisedimentaatiota, ominaisuus, jonka on osoitettu pahenevan kriittisesti sairailla potilailla. Siten leukosyytit voivat sedimentoitua hitaammin kuin erytrosyytit, mikä voi edelleen vääristää intraventrikulaarista CSF/verijakaumaa kohti heterogeenisuutta.

Spesifisten patogeenien, potilaan ominaisuuksien ja hämmentäviä tekijöitä johtuen EVDI:n varhainen tunnistaminen on osoittautunut vaikeaksi, eikä minkään CSF-parametrin, yksinään tai yhdessä, ole vielä osoitettu ennustavan tai tunnistavan EVDI:itä luotettavasti. Sellaisenaan rutiininomaisesti analysoituihin CSF-parametreihin ja kliinisiin oireisiin perustuvat algoritmit ovat moniselitteisiä ja diagnoosi perustuu usein "asiantuntijalausuntoon". Tämä johtaa laajakirjoisten antibioottien liialliseen käyttöön ja suureen vaihteluun kliinisissä käytännöissä, jolloin jokaista todellista infektiota varten hoidetaan jopa 10-20 potilasta. Lisäksi EVDI-diagnostiikan päämittari, LE-suhde, perustuu epävarmaan oletukseen, että solut ovat jakautuneet tasaisesti CSF:ssä. Vaikuttaako tämä rutiininomaisesti analysoitaviin CSF-parametreihin ja miten se on vielä tutkimatta. Ottaen huomioon nykyisten epäsuorien EVDI:n tunnistamismenetelmien kyseenalainen tarkkuus, EVDI:n diagnostiikassa tarvitaan nopeampia ja tarkempia työkaluja suoraa mikrobiologista havaitsemista ja tunnistamista varten.

Uusien bakteeri-DNA-sekvensointitekniikoiden käyttö tartuntatautilääketieteessä lisääntyy. Valitettavasti näitä CSF:n tekniikoita alukkeilla, jotka kattavat tietyt EVDI:ssä löydetyt bakteerit, ei ole vielä varmistettu. Lisäksi, koska näitä menetelmiä ympäröivät kellon ympäri vahvistetut työvirrat puuttuvat, näiden tekniikoiden tulokset eivät ole vielä helposti saatavilla aikakehyksessä, joka tarvitaan hoidon aloittamisen päättämiseen. Tavanomaisten PCR-menetelmien on kuitenkin osoitettu tunnistavan bakteerit suuressa osassa kliinisesti epäiltyjä vaikeaa sepsispotilaita, joiden veriviljelmät ovat negatiivisia. Mielenkiintoista on, että tällä ryhmällä oli korkein kuolleisuus, mikä viittaa siihen, että positiiviset bakteerilöydöt eivät johtuneet pelkästään yliherkän tekniikan käytöstä. Bakteerien DNA:n sekvensointitekniikoilla voi olla potentiaalia osoittaa korkeampi herkkyys verrattuna tavanomaisiin bakteeriviljelmiin lyhyemmässä ajassa.

16s ribosomaalinen ribonukleiinihappo (16s rRNA) on osa prokaryoottista ribosomaalista 30s alayksikköä ja sitä on kaikissa prokaryoottisissa elämänmuodoissa. 16s rRNA-sekvensoinnin käytön on osoitettu tunnistavan luotettavasti bakteerit normaalisti steriileissä ruumiinnesteissä, kuten CSF:ssä, verrattuna bakteeriviljelmiin. 16s-rRNA:lla on myös se etu, että se pystyy tunnistamaan elämättömiä bakteereja, mikä mahdollisesti osoittaa suurempaa herkkyyttä potilailla, joille on tehty antibioottihoito ennen näytteenottoa, mikä tekee siitä lupaavan kohteen bakteerien DNA-sekvensoinnille. 16s rRNA:n sekvensointia ei kuitenkaan ole tutkittu laajasti EVDI:iden suhteen.

Optotracing on uusi menetelmä bakteerien ja bakteerien biofilmien tunnistamiseen. Menetelmä perustuu luminesoiviin konjugoituihin oligotiofeeneihin (LCO), polymeeriin, jolla on optosähköisiä ominaisuuksia. Vuorovaikutus LCO:iden ja biofilmituotteiden tai bakteerien välillä johtaa suoraan kohdekohtaiseen fluoresoivaan säteilyyn, mikä mahdollistaa optisen havaitsemisen. Menetelmän on hiljattain havaittu tunnistavan luotettavasti biofilmiä tuottavan uropatogeenisen E. colin potilailla, joilla on virtsatieinfektio. Lisäksi menetelmällä pystyttiin erottamaan terve ja infektoitunut virtsa riippumatta biofilmituotteiden havaitsemisesta. Optoelektriset polymeerit ovat monipuolisia molekyylejä, jotka mahdollistavat helpon muuntamisen, mikä voi mahdollistaa räätälöidyn kohdekohtaisen vuorovaikutuksen, mikä mahdollisesti mahdollistaa optisen jäljityksen käytön menetelmänä spesifiseen nopeaan bakteerien tunnistamiseen EVDI-diagnostiikassa.

Optojäljityksen lisäksi bakteerien metabolisen aktiivisuuden sähkökemiallista tunnistamista (REDOX) on viime aikoina tutkittu uutena bakteerien havaitsemismenetelmänä. REDOX hyödyntää bakteerien vähentämiskykyä. Tämä ominaisuus on mahdollistanut nopean, erittäin herkän testiryhmän luomisen käyttämällä polymeerejä, joilla on puolijohtavia ominaisuuksia ja jotka toimivat elektronien vastaanottajana. Tämä menetelmä mahdollistaa bakteerien metabolisen aktiivisuuden mittaamisen reaaliajassa mittaamalla virtaa, joka aiheutuu elektronien suorasta siirrosta bakteereista polymeerin pinnalle tai epäsuorasti redox-aktiivisten yhdisteiden vapautumisesta. Johtavien ja optoelektristen polymeerien käyttö bakteerien havaitsemiseen edustaa jännittävää uutta tutkimusalaa lupaavilla kliinisillä sovelluksilla, jotka voivat mahdollistaa suoran, tarkan ja nopean mikrobiologisen diagnosoinnin ja mahdollistaa bakteerikasvun reaaliaikaisen seurannan.

Tämän projektin yleisenä tavoitteena on tutkia uusia menetelmiä suoran bakteerien havaitsemiseen EVDI-diagnostiikassa, jotta voidaan arvioida, voidaanko näitä menetelmiä käyttää ohjaamaan hoitoa, jotta neurokriittisesti sairaiden potilaiden liiallinen hoito laajakirjoisilla antibiooteilla voidaan vähentää.