Onderzoek naar identificatie van moleculaire vroege sepsis (MESIS)

Achtergrond Sepsis is onlangs geherdefinieerd (Sepsis 3) als een infectie die leidt tot orgaandisfunctie (1). Hoewel deze definitie niet algemeen door alle onderzoekers wordt aanvaard (2,3) vanwege het potentieel voor een vertraagde diagnose, zou de mortaliteit gerelateerd aan deze entiteit aanzienlijk kunnen worden verminderd door vroege goedkeuring van diagnostische protocollen en passend en vroeg gebruik van antimicrobiële therapie (ATB).

Een recente studie in Catalonië (4) toonde een incidentie aan van 212 gevallen van sepsis per 100.000 inwoners/jaar met een ziekenhuissterfte van 21%, wat aanzienlijk hoger is als we kijken naar IC-patiënten (40%) of patiënten met septische shock (> 50%) (5,6). Deze gegevens benadrukken het huidige belang van deze entiteit en benadrukken de noodzaak om nieuwe alternatieven te zoeken voor een vroege en passende diagnose en behandeling om een ​​gunstig effect te hebben op het hoge sterftecijfer.

Ineffectieve behandeling van sepsis is vaak te wijten aan een late diagnose van sepsis, vanwege de inherente complicatie van niet-specifieke klinische symptomen. Hoewel procalcitonine (PCT) een adequate biomarker lijkt te zijn voor de diagnose van bacteriële infectie (7,8), tonen verschillende studies een discriminatie aan van slechts ongeveer 80% (7,8) en recente internationale richtlijnen bevelen het gebruik ervan niet aan (9, 10,11). Deze zelfde richtlijnen bevelen het gebruik aan van scores, zoals SOFA (sequentiële beoordeling van orgaanfalen) en qSOFA (een vereenvoudigde versie) op basis van de aanwezigheid van veranderd bewustzijn, hypotensie en tachypnoe) voor vroege risicostratificatie van patiënten die verdacht worden van infectie.

Sepsis en niet-sepsis systemische ontstekingssyndromen presenteren zich echter als klinisch vergelijkbare entiteiten, en beide worden vaak gecompliceerd door het optreden van orgaandisfunctie. Daarom blijft de identificatie van sepsis subjectief en leidt mogelijk tot overdiagnose van sepsis en dientengevolge een hoog gebruik van ATB bij patiënten die geen sepsis hebben en die geen baat hebben bij deze behandeling (12).

De beschikbaarheid van nieuwe moleculaire technieken en de automatisering van deze laboratoriumanalyses hebben de zoektocht naar biomarkers met betrekking tot de gastheerrespons op sepsis gestimuleerd. Analyse van gastheergenexpressie door middel van RNA-transcripten (transcriptomics) biedt een kans in deze complexe setting van de ernstig zieke patiënt. Gastheer-genexpressie verschilt sterk tussen septische patiënten en gezonde individuen (13). Hoewel genexpressie tussen septische en niet-septische ontstoken patiënten in grote mate overlapt, kunnen verschillende verschillen tussen transcripten waargenomen bij sepsis helpen om infectie te onderscheiden van andere oorzaken van ontsteking [14]. De SeptiCyte™ LAB-transcriptietest is ontwikkeld om infectie te diagnosticeren bij ernstig zieke patiënten met verdenking op sepsis [15]. Het is de eerste hostresponstest op basis van kwantitatieve reverse transcriptase PCR (qRT-PCR)-methoden die is goedgekeurd door de Amerikaanse Food and Drug Administration (FDA). Met SeptiCyte™ LAB kan de reactie van de gastheer op infectie worden beoordeeld door de expressie te meten van specifieke genen die betrokken zijn bij de immuunfunctie en ontstekingssignalering in volbloed. De test bestaat uit de gelijktijdige amplificatie van 4 RNA-transcripten

1. carcino-embryonaal antigeen-gerelateerd celadhesiemolecuul 4 (CEACAM4),
2. liposoom-geassocieerd membraaneiwit 1 (LAMP1),
3. placenta-specifiek celadhesie-eiwit 8 (PLAC8), en
4. fosfolipase A2 groep VII (PLA2G7)

De eerste klinische prestatiestudie van SeptiCyte™ LAB analyseerde 345 patiënten die waren ingeschreven als onderdeel van het cohort Molecular Diagnosis and Sepsis Risk Stratification (MARS) op twee IC's in Nederland [15]. Patiënten werden gecategoriseerd als patiënten met sepsis op basis van een post-hoc medische beoordeling van het beschikbare klinische, radiologische en microbiologische bewijs [16] resulterend in schattingen voor de AUC (0,77 tot 0,99), sensitiviteit (79% tot 100%) en specificiteit ( 33% tot 91%) liep sterk uiteen, afhankelijk van de prevalentie van sepsis, het betrouwbaarheidsniveau met betrekking tot de referentiediagnose en of de patiëntregistratie opeenvolgend was. In een post-hoc subgroep van 157 patiënten met volledige gegevens, SeptiCyte™ LAB (AUC 0,88, 95% BI 0,81-0,93) presteerde beter dan PCT-discriminatie (AUC 0,84, 95% CI 0,76-0,92, p<0,001). Het beste onderscheidingsvermogen werd echter bereikt door een combinatie van beide biomarkers (AUC 0,89, 95% BI 0,82-0,95, p<0,01). Aangezien deze analyse ongeveer 6 uur in beslag nam, is een vroege sepsis-diagnosetool (SeptiCyte RAPID (17)) ontwikkeld die is gebaseerd op de meting van twee van de vier biomarkers voor genexpressie in perifeer bloed (PLAC8 en PLA2G7) met behulp van dezelfde kwantitatieve omgekeerde transcriptiepolymerasekettingreactie (RT-qPCR) en komt nauw overeen met de klinische resultaten van SeptiCyte LAB, maar met een veel eenvoudigere workflow. Op basis van de resultaten geeft het apparaat een rapport uit met een sepsiskansschaal. (zie bijgevoegd algoritme) Deze nieuwe analysemethodologie kan, samen met de gebruikelijke biomarkers, de vroege diagnose van sepsis verbeteren en onderscheid maken tussen ontstoken en septische patiënten.

De FilmArray® bloedkweekidentificatie (BCID®)-assay is een moleculaire test die is goedgekeurd voor directe identificatie van BSI-veroorzakende pathogenen vanaf positieve BC (18). Een recent bijgewerkte versie van het panel (BCID2®) bevat verbeterde soortidentificatiekenmerken en maakt de detectie mogelijk van één geëxpandeerd-spectrum β-lactamase (ESBL)- en verschillende carbapenemase-coderende genen. Het BCID2®-panel test op 43 doelwitten die verband houden met bloedbaaninfecties, waaronder gramnegatieve bacteriën, grampositieve bacteriën, gist en 10 antimicrobiële resistentiegenen, allemaal met één test en de resultaten zijn binnen ongeveer een uur beschikbaar na een positieve bloedkweek. Bovendien bevat het menu van het BCID2®-panel zeven extra resistentiegenen, waaronder carbapenemasen, colistineresistentiegenen en een MREJ-assay die een meer specifieke MRSA-identificatie mogelijk maakt. Een recente studie (19) evalueert de klinische prestaties van de BCID2-assay voor soortidentificatie in 180 positieve bloedkweken (BC's). BCID2-resultaten kwamen overeen met de zorgstandaard (SOC) in 159/180 (88,3%) BC's; 68/74 (91,9%) en 71/74 (96,0%) van alle monsters waarin respectievelijk monobacteriële, grampositieve of gramnegatieve pathogenen groeiden, werden geïdentificeerd, in overeenstemming met de SOC-resultaten. Niet-overeenstemming was gerelateerd aan de detectie van aanvullende pathogenen door de BCID2-assay (n = 4), afwijkende soortidentificatie (n = 4) of het falen van BCID2 om on-panel pathogenen te detecteren (n = 1).

De gebruikelijke implementatie van de BCID2® vindt plaats zodra de bloedkweek positief is. Sommige voorlopige resultaten (20) suggereren echter dat de prestatie van BCID2® bij het zeer vroeg detecteren van micro-organismen voldoende kan zijn met slechts een paar uur (6-8 uur) incubatie van de bloedkweek en voordat de bloedkweek positief wordt.

Aangezien vroege diagnose en vroege toediening van effectieve antibiotische therapie van cruciaal belang is om de uitkomst van de patiënt te verbeteren, is het doel van de huidige studie het ontwikkelen en evalueren van een klinisch protocol dat moleculaire diagnose van infectie en vroege bepaling van micro-organismen in bloedkweken combineert met slechts 6 -8 uur incubatie voordat ze positief worden bevonden.

Eindpunten

De primaire eindpunten zijn:

1. - Vaststellen van het vermogen van filmarrays BCID 2® voor de vroege identificatie van micro-organismen in BC met enkele uren incubatie en voordat ze positief zijn geworden.
2. - Vaststellen van het vermogen van SeptiCyte® voor de moleculaire diagnose van sepsis bij ernstig zieke patiënten met een onduidelijke infectiehaard.

De secundaire eindpunten zijn

1. - De mogelijke impact van de resultaten op het beheer van antimicrobiële behandelingen bepalen.
2. - Om te bepalen of er een verband bestaat tussen algemene serumbiomarkers (PCT, CRP) en positieve SeptiCyte®- en BCID 2®-resultaten.

Belangrijkste opname-/uitsluitingscriteria

Inclusiecriteria:

1. - Volwassenen (>16 jaar)
2. - Minimaal 2 SIRS-criteria
3. - RCP (> 10 mg/dl) of PCT (> 0,5 ng/ml bij gemeenschap of > 1,0 ng/ml bij nosocomiale infectie) verhoogd

3.- Zonder een duidelijke focus die sepsis rechtvaardigt. 4.- Sterke verdenking van infectie die het starten van een antimicrobiële behandeling vereist.

Uitsluitingscriteria:

1. - Het niet verkrijgen van de monsters binnen 12 uur na het vermoeden van infectie en toediening van antibiotica
2. - Eerdere toediening van antimicrobiële stoffen in de afgelopen 24 uur
3. - Gedocumenteerde of evidente sepsisfocus bij IC-opname

Procedures:

Als de patiënt aan de opnamecriteria voldoet en geen uitsluitingscriteria heeft, wordt hij opgenomen in het diagnostische protocol van het MESIS-algoritme.

Er is geen handtekening van toestemming voor nodig, aangezien er geen speciale procedures worden uitgevoerd en er ook geen klinische beslissingen worden genomen op basis van de resultaten van de tests.

MOLECULAIRE DIAGNOSTISCH PROTOCOL EN VROEGGERICHTE BEHANDELING (Zie bijgevoegd overzicht van beoordelingen) Zodra de gebruikelijke bloedmonsters zijn verkregen voor de bepaling van PCR, PCT, aantal witte bloedcellen (WBC) en bloedkweken (4 flessen), evenals klinisch significante kweken, en als aan de inclusiecriteria is voldaan, worden de bloedkweken (4 flesjes) samen met een EDTA-buisje van die verkregen voor de gebruikelijke analyse opgestuurd naar de dienst microbiologie waar de bepaling zal worden uitgevoerd met SeptiCyte® en BCID 2® (zie bijgevoegd algoritme).

A) SeptiCyte RAPID® zal bij alle patiënten worden uitgevoerd op het moment van ontvangst van het monster op de afdeling microbiologie. Het testresultaat wordt opgeslagen in het onderzoeks-CRF. Dit resultaat zal niet bekend zijn bij de behandelend arts van de patiënt.

B) BioFire® FilmArray® identificatiepaneel voor bloedkweek (BCID 2®) zal worden uitgevoerd op de 4 bloedkweekflessen na 6-8 uur incubatie en vooral voordat het positief wordt. Het testresultaat wordt opgeslagen in het onderzoeks-CRF. Dit resultaat zal niet bekend zijn bij de behandelend arts van de patiënt. Een nieuwe bepaling van BCID 2 wordt uitgevoerd zodra de bloedkweek positief is en het resultaat wordt vergeleken met het resultaat dat eerder werd verkregen met een incubatietijd van 6-8 uur.

OPMERKING: In geen geval zal de ontvangen informatie worden gebruikt om gedragingen of behandelingen te definiëren die verband houden met de status van de patiënt. Opvolgperiode Patiënten zullen worden opgevolgd totdat de gebeurtenis die de oorzaak van de aandoening veroorzaakte, als opgelost wordt beschouwd. Voor elke patiënt wordt alleen rekening gehouden met de eerste episode van mogelijke sepsis.

Patiënten worden geclassificeerd als bevestigde, waarschijnlijke of mogelijke sepsis volgens de definities van "The International Sepsis Forum Consensus Conference on Definitions of Infection in the Intensive Care Unit. (Calandra T et al. Crit Care Med 2005; 33:1538-1548).

Berekening van de grootte van de steekproef Volgens wat werd gepubliceerd door Klein Klouwenberg (12), wordt slechts 25% van de patiënten met een verdenking op sepsis en die antibiotica krijgen bij opname op de IC, uiteindelijk geclassificeerd als definitief met sepsis. Onze studie hoopt ten minste 40% van de sepsis te kunnen identificeren bij patiënten met verdenking op sepsis. Op basis van dit verschil en voor een power van 90% met een foutenpercentage van 5%, is het aantal patiënten dat moet worden opgenomen 60.

Rekening houdend met een mogelijk verlies van 20% van de patiënten (17 patiënten) stijgt het aantal tot 100 patiënten. Om het aantal patiënten en de kracht van de studie te waarborgen, werd besloten om nog eens 20% op te nemen, wat een totaal van 120 patiënten oplevert.

Data-analyseplan:

Kwalitatieve variabelen worden uitgedrukt als percentages, terwijl kwantitatieve variabelen worden uitgedrukt als gemiddelde en standaarddeviatie (SD) of mediaan en interkwartielbereik 25-75%. Om klinische verschillen tussen groepen met en zonder BCID 2- en SeptiCyte-positieven te bepalen, zullen Chi-kwadraat- en Fisher-tests worden gebruikt voor categorische variabelen, en Student's t-test of Mann-Withney U-test voor kwantitatieve variabelen. Multivariate analyse door binaire logistische regressie zal worden uitgevoerd om de risicofactoren te bepalen die verband houden met de vroege aanwezigheid van micro-organismen in BCID 2 en voor de diagnose van een hoog risico op sepsis met SeptiCyte.

Ten slotte zal een empirisch antimicrobieel behandelingsalgoritme worden ontwikkeld voor ernstig zieke patiënten gerelateerd aan het type geïsoleerde micro-organismen en de ontwikkelde resistentiegenen.

Beperkingen De belangrijkste beperking van het onderzoek is de mogelijkheid om een ​​kleiner aantal patiënten met sepsis te laten zien onder de geïncludeerde individuen dan het aantal patiënten dat werd gebruikt om de steekproefomvang te berekenen. Deze situatie zou kunnen leiden tot een gebrek aan statistische significantie vanwege het gebrek aan power van het onderzoek. Om dit te voorkomen, is het de bedoeling om een ​​tussentijdse analyse uit te voeren wanneer 70% van de patiënten is bereikt. De tweede beperking is de opname van patiënten tegen een laag tarief. Hoewel werd aangenomen dat 6 maanden veldwerk voldoende zal zijn, zou de studie met nog eens 4 maanden kunnen worden verlengd om het aantal patiënten te voltooien.

Ethische overwegingen De studie wordt beoordeeld door de referentiecommissie Ethiek en Klinisch Onderzoek. Vanwege het ontwerp om de kwaliteit van de zorg te verbeteren, is een vrijstelling voor geïnformeerde toestemming aangevraagd.