Validatie van moleculaire en eiwitbiomarkers bij sepsis (VAMp-sepsis)

Sepsis, gedefinieerd als levensbedreigend orgaanfalen als gevolg van een ontregelde reactie van de gastheer op infectie, blijft een belangrijke doodsoorzaak bij ernstig zieke patiënten en is opgenomen als een gezondheidsprioriteit in een resolutie van de WHO uit 2017. Diagnose van deze aandoening is een uitdaging omdat de klinische tekenen en symptomen van systemische ontsteking bij sepsis overlappen met die van niet-infectieuze kritieke aandoeningen, d.w.z. ernstig inflammatoir responssyndroom (SIRS), b.v. hartstilstand en brandwonden. Vroege en nauwkeurige diagnose van sepsis is van cruciaal belang voor het verbeteren van de patiëntresultaten en het verminderen van het antibioticagebruik. Vertragingen bij de toediening van antibiotica worden in verband gebracht met slechtere resultaten; maar paradoxaal genoeg verhoogt het willekeurig voorschrijven van antibiotica aan patiënten zonder bacteriële infecties zowel de morbiditeit als de antimicrobiële resistentie. Het percentage ongepaste antibioticavoorschriften in de ziekenhuisomgeving wordt geschat op 30 tot 50% en zou worden verminderd door toegang tot verbeterde diagnostische tests.

Er is momenteel geen gouden standaard laboratoriumtest die de aanwezigheid en het type infectie in grote lijnen kan bepalen. Hoewel nieuwe op polymerasekettingreactie (PCR) gebaseerde moleculaire diagnostiek ziekteverwekkers rechtstreeks uit bloedkweek kan profileren, lijden ze aan gevoeligheidsproblemen vanwege de afhankelijkheid van voldoende ziekteverwekkers in het bloedmonster. Ze zijn ook beperkt tot de detectie van een discrete reeks pathogenen. Als gevolg hiervan is er een groeiende focus op moleculaire diagnostiek die de immuunrespons van de gastheer profileert. De huidige sepsisgroepen zijn gebaseerd op klinische criteria zoals de aanwezigheid van shock, infectiebron of orgaanfalen, maar dergelijke groeperingen vertegenwoordigen mogelijk niet de onderliggende biologie die de reactie van de gastheer aanstuurt. Ze zijn er ook niet in geslaagd patiënten adequaat te matchen voor nieuwe interventies. Als de heterogeniteit van sepsis echt de heterogeniteit in de respons van de gastheer weerspiegelt, zal karakterisering van deze onderliggende gastheerresponstypes van fundamenteel belang zijn om precisie-sepsis-therapeutica mogelijk te maken.

In een eerder multicenter, klinisch-temporeel onderzoek in drie cohorten van patiënten die waren opgenomen op de intensive care-afdeling (ICU); (i) hartstilstand buiten het ziekenhuis (n=36 - SIRS-groep)) (ii) pulmonale sepsis (n=84) (iii) abdominale sepsis (n=64) en 30 gezonde controles, gevalideerde potentiële immuunbiomarkers van de gastheer. Met behulp van 202 monsters uit deze cohorten hebben de onderzoekers een reeks genbiomarkers afgeleid die patiënten met ernstige ontstekingen kunnen identificeren en sepsis kunnen onderscheiden van niet-geïnfecteerde ontstekingen in een breed scala van klinische aandoeningen. Andere biomarkers zijn geïdentificeerd voor gebruik voor andere doeleinden, b.v. prognose/ernst. Ons patent dat voortvloeit uit dit werk is ingediend en is in de PCT-fase gekomen. Van deze gepatenteerde markers is een spaarzame set van 17 genen verder afgebakend, die verder worden geëvalueerd. Er is een subpanel van twee gen-entiteiten geïdentificeerd die nauwkeurig ernstige ontsteking kunnen detecteren met behulp van analyse van de werkingskarakteristiek van de ontvanger/gebied onder de curve (ROC) met een waarde van ongeveer 0,98. Een panel van drie/vier genentiteiten is geïdentificeerd voor discriminatie van SIRS van alle sepsistypen (ROC 0,89-0,92), allemaal afhankelijk van instellingen voor gevoeligheid of specificiteitsbereik.

Er is behoefte aan betere diagnostiek voor door sepsis veroorzaakte ontstekingen, zowel in de intramurale als in de ambulante setting. In niet-scherpe poliklinische instellingen, die ongeveer 80% bijdragen aan het totale antibioticagebruik in het VK, zou een eenvoudige diagnose om een ​​septisch ontstekingsproces te onderscheiden van een onschadelijke, zelfbeperkende aandoening helpen bij het juiste antimicrobiële gebruik, de juiste triage, het vermijden van verder onderzoek, en passende escalatie / opnames. In instellingen met een hogere scherpte is het belangrijk om oorzaken van niet-infectieuze ontsteking uit te sluiten; een beslismodel voor het voorschrijven van antibiotica moet een niet-geïnfecteerde, niet-gezonde oorzaak bevatten. Een betrouwbare diagnose, zoals de onze, moet alle drie de presentaties onderscheiden: niet-geïnfecteerde ontsteking, sepsis en relatieve gezondheid. Het zal een grote stapsgewijze verandering betekenen in het bieden van diagnostische/stratificatiemogelijkheden, de besluitvormings- en patiëntbeheertrajecten enorm verbeteren en mogelijk het overmatig gebruik van antibiotica in de acute medische en kritieke zorgomgeving verminderen.

Deze biomarkers, eenmaal gevalideerd in een onafhankelijk cohort via qPCR voor mRNA en hun overeenkomstige eiwitten, zullen samen met een bijbehorend gebruiksvriendelijk, klinisch georiënteerd scoresysteem een ​​compleet gegevenspakket vormen dat intern kan worden uitgerold, onder voorbehoud van de juiste verdere accreditatie en/of gebruikt voor de ontwikkeling van point-of-care-apparaten door commerciële partners. Deze laatste optie zou nuttig kunnen zijn voor de verspreiding van de test naar andere voor octrooien geschikte mondiale gebieden.

Er is een dringende behoefte om deze bevindingen op verschillende manieren te valideren; Gebruikmakend van een onafhankelijk patiëntencohort, waarbij laboratoriumwetenschappers blind zijn voor de klinische fenotypes van de gerekruteerde patiënten en clinici niet op de hoogte zijn van de genexpressiegegevens.

Een bio-informatica-aanpak gebruiken om de resultaten in reeds gepubliceerde datasets te valideren

Dit project zal verschillende benaderingen gebruiken om deze nieuwe SIRS of sepsis-geassocieerde biomarkers te valideren, geïdentificeerd door Artificial Neural Network (ANN) en parametrische datamining van eerder gepubliceerde datasets en verder gevalideerd vanuit een eerder goed gekarakteriseerd klinisch cohort;

1. De laboratoria van Public Health England zullen de mRNA-expressie van biomarkers beoordelen met behulp van een qPCR-benadering, waarbij RNA wordt gezuiverd uit patiënt- en controle volbloed
2. De laboratoria van Public Health England en Cardiff zullen eiwitbiomarkers beoordelen met behulp van ELISA-assays
3. Proteomische analyse van bloed door externe medewerkers

Verdere gegevensanalyse zal worden uitgevoerd met behulp van ROC-curve-analyse en rekenkundige algoritmen en/of andere statistische/bioinformaticamethoden. Beoordeling van specificiteit en gevoeligheid en positieve en negatieve voorspellende waarden met behulp van gevestigde methoden zal ook worden uitgevoerd om de prestaties van de biomarkerpanels te evalueren bij het onderscheiden van patiëntencontrole en ziektegroepen.