Nieuwe diagnostische methoden om externe ventriculaire drain-gerelateerde infecties te identificeren (EVD Infect II)

In de literatuur varieert de gerapporteerde incidentie tussen 1-35% van de geplaatste drains. Deze ongelijkheid is het gevolg van het ontbreken van een internationale consensus over een definitie voor EVDI's en het gebruik van verschillende diagnostische criteria in studies. In een setting voor neuro-intensive care zijn klinische symptomen vaak moeilijk te beoordelen vanwege een onderliggende ziekte. Cerebrospinale vloeistof (CSF) bacteriekweek is de huidige gouden standaard voor EVDI-diagnostiek. Het duurt echter vaak enkele dagen voordat CSF-bacterieculturen zijn voltooid en voorafgaand gebruik van antibiotica kan de incubatietijd van de cultuur verder verlengen of fout-negatieve kweken veroorzaken. Het is zelden mogelijk om de behandeling uit te stellen totdat de bacterieculturen zijn voltooid. Bovendien kunnen, vanwege de etiologie van deze infecties, besmetting en echte positieven moeilijk te onderscheiden zijn op basis van alleen de gekweekte bacteriën. Vroege identificatie van EVDI's is dus gebaseerd op indirecte tekenen van bacteriële infectie, namelijk CSF-analyse van glucose, lactaat, eiwit, leukocyten en erytrocyten. Bij neurokritisch zieken worden CSF-parameters vaak verward door intraventriculaire bloeding (IVH). Vooral leukocyten en erytrocyten kunnen sterk variëren, afhankelijk van het IVH-volume.

Om IVH aan te passen, wordt de verhouding van leukocyten en erytrocyten (LE-ratio) in CSF vaak gebruikt en is dit een van de belangrijkste maatstaven bij het identificeren van EVDI's. De LE-ratio is gebaseerd op de aanname dat erytrocyten en leukocyten homogeen verdeeld zijn in het CSF. Deze veronderstelling is eerder niet in twijfel getrokken. Uit computertomografie (CT)-scans blijkt echter duidelijk dat bloed in de ventrikels bezinkt, wat suggereert dat een homogene verdeling onwaarschijnlijk is. De LE-ratio houdt geen rekening met het feit dat het bloed zelf een aseptische ontsteking veroorzaakt, wat resulteert in immigratie van leukocyten. Bovendien kunnen leukocyten, in het bijzonder granulocyten, opwaartse drijfkracht of antisedimentatie vertonen, een eigenschap waarvan is aangetoond dat deze verergert bij ernstig zieke patiënten. Zodoende kunnen leukocyten langzamer bezinken dan erytrocyten, wat de intraventriculaire CSF/bloeddistributie verder kan scheeftrekken in de richting van heterogeniteit.

Vanwege de specifieke ziekteverwekkers, kenmerken van de patiënt en verstorende factoren is vroege identificatie van EVDI's moeilijk gebleken en er is nog niet aangetoond dat CSF-parameter, op zichzelf of in totaal, EVDI's betrouwbaar kan voorspellen of identificeren. Als zodanig zijn algoritmen op basis van routinematig geanalyseerde CSF-parameters en klinische symptomen dubbelzinnig en wordt de diagnose vaak gebaseerd op "expert-mening". Dit resulteert in een overmatig gebruik van breedspectrumantibiotica en een grote variatie in de klinische praktijk, waarbij voor elke echte infectie wel 10-20 patiënten worden behandeld. Bovendien is de belangrijkste maatstaf in de EVDI-diagnostiek, de LE-ratio, gebaseerd op de onzekere veronderstelling dat cellen homogeen verdeeld zijn in het CSF. Of en hoe dit de routinematig geanalyseerde CSF-parameters beïnvloedt, moet nog worden bestudeerd. Met de twijfelachtige nauwkeurigheid van de huidige indirecte methoden om EVDI's te identificeren in het achterhoofd, is er behoefte aan snellere en nauwkeurigere hulpmiddelen voor directe microbiologische detectie en identificatie in de diagnostiek van EVDI.

Het gebruik van opkomende bacteriële DNA-sequencingtechnieken in de geneeskunde voor infectieziekten neemt toe. Helaas zijn deze technieken voor CSF met primers die de specifieke bacteriën in EVDI's bedekken, nog niet geverifieerd. Bovendien zijn de resultaten van deze technieken nog niet direct beschikbaar binnen het tijdsbestek dat nodig is om te beslissen of een behandeling moet worden ingesteld, vanwege het ontbreken van vaste werkstromen rond deze methoden. Het is echter aangetoond dat reguliere PCR-methoden bacteriën identificeren bij een groot deel van de klinisch verdachte patiënten met ernstige sepsis die negatieve bloedkweken vertonen. Interessant is dat deze groep de hoogste mortaliteit had, wat suggereert dat de positieve bacteriële bevindingen niet alleen te wijten waren aan het gebruik van een overgevoelige techniek. Bacteriële DNA-sequencingtechnieken hebben mogelijk het potentieel om binnen een korter tijdsbestek een hogere gevoeligheid te vertonen in vergelijking met conventionele bacterieculturen.

16s ribosomaal ribonucleïnezuur (16s rRNA) is een component van de prokaryote ribosomale 30s subeenheid en is aanwezig in alle prokaryotische levensvormen. Het is aangetoond dat het gebruik van 16s rRNA-sequencing bacteriën betrouwbaar identificeert in normaal steriele lichaamsvloeistoffen, zoals CSF, in vergelijking met bacterieculturen. 16s rRNA heeft ook het voordeel dat het niet-levensvatbare bacteriën kan identificeren, waardoor het mogelijk een grotere gevoeligheid vertoont bij patiënten die voorafgaand aan de bemonstering een antibioticabehandeling hebben ondergaan, waardoor het een veelbelovend doelwit is voor bacteriële DNA-sequencing. 16s rRNA-sequencing is echter niet uitgebreid bestudeerd voor EVDI's.

Optotracing is een nieuwe methode voor de identificatie van bacteriën en bacteriële biofilms. De methode is gebaseerd op luminescente geconjugeerde oligothiofenen (LCO's), een polymeer met opto-elektrische eigenschappen. Interactie tussen LCO's en biofilmproducten of bacteriën leidt direct tot doelspecifieke fluorescentie-emissie die optische detectie mogelijk maakt. Onlangs is ontdekt dat de methode biofilm producerende uropathogene E. coli betrouwbaar kan identificeren bij patiënten met een urineweginfectie. Bovendien kon de methode onderscheid maken tussen gezonde en geïnfecteerde urine, ongeacht de detectie van biofilmproducten. Opto-elektrische polymeren zijn veelzijdige moleculen die gemakkelijke modificatie mogelijk maken, wat een op maat gemaakte doelspecifieke interactie mogelijk maakt, waardoor optotracing mogelijk kan worden gebruikt als een methode voor specifieke snelle bacteriële identificatie in EVDI-diagnostiek.

Naast optotracing is onlangs elektrochemische detectie van bacteriële metabole activiteit (REDOX) onderzocht als een nieuwe methode voor bacteriële detectie. REDOX maakt gebruik van de reducerende eigenschappen van bacteriën. Deze eigenschap heeft de creatie mogelijk gemaakt van een snelle, zeer gevoelige testarray met behulp van polymeren met halfgeleidende eigenschappen die werken als een elektronenacceptor. Deze methode maakt het mogelijk om de metabolische activiteit van bacteriën in realtime te meten door de stroom te meten die wordt geïnduceerd door directe overdracht van elektronen van de bacteriën naar het polymeeroppervlak of indirect door afgifte van redox-actieve verbindingen. Het gebruik van geleidende en opto-elektrische polymeren om bacteriën te detecteren, vertegenwoordigt een opwindend nieuw onderzoeksgebied met veelbelovende klinische toepassingen die directe, nauwkeurige en snelle microbiologische diagnostiek mogelijk maken en real-time bewaking van bacteriegroei mogelijk maken.

Het algemene doel van dit project is het bestuderen van nieuwe methoden voor directe bacteriële detectie in EVDI-diagnostiek om te evalueren of deze methoden kunnen worden gebruikt om de behandeling te sturen om overmatige behandeling met breedspectrumantibiotica bij neurokritisch zieke patiënten te verminderen.