Walidacja biomarkerów molekularnych i białkowych w sepsie (VAMp-sepsis)

Sepsa, definiowana jako zagrażająca życiu niewydolność narządowa wynikająca z rozregulowanej reakcji gospodarza na infekcję, pozostaje główną przyczyną śmierci pacjentów w stanie krytycznym i została uznana za priorytet zdrowotny w rezolucji WHO z 2017 r. Rozpoznanie tego zaburzenia jest trudne, ponieważ kliniczne objawy przedmiotowe i podmiotowe ogólnoustrojowego stanu zapalnego w sepsie pokrywają się z objawami niezakaźnych stanów krytycznych, tj. zespołu ciężkiej odpowiedzi zapalnej (SIRS), np. zatrzymanie akcji serca i oparzenia. Wczesna i dokładna diagnoza sepsy ma kluczowe znaczenie dla poprawy wyników leczenia pacjentów i ograniczenia stosowania antybiotyków. Opóźnienia w podaniu antybiotyku wiążą się z gorszymi wynikami; jednak paradoksalnie, masowe przepisywanie antybiotyków pacjentom bez infekcji bakteryjnych zwiększa zarówno wskaźniki zachorowalności, jak i oporności na środki przeciwdrobnoustrojowe. Odsetek niewłaściwych recept na antybiotyki w warunkach szpitalnych szacuje się na 30 do 50% i zmniejszyłby się dzięki dostępowi do ulepszonych testów diagnostycznych.

Obecnie nie ma złotego standardu testu laboratoryjnego, który mógłby ogólnie określić obecność i rodzaj infekcji. Chociaż nowa diagnostyka molekularna oparta na reakcji łańcuchowej polimerazy (PCR) może profilować patogeny bezpośrednio z posiewu krwi, cierpią one na problemy z czułością ze względu na zależność od wystarczającej liczby patogenów w próbce krwi. Są one również ograniczone do wykrywania dyskretnego zakresu patogenów. W rezultacie coraz większy nacisk kładzie się na diagnostykę molekularną, która profiluje odpowiedź immunologiczną gospodarza. Obecne grupowanie sepsy opiera się na kryteriach klinicznych, takich jak obecność wstrząsu, źródło infekcji lub niewydolność narządu, ale takie grupowanie może nie odzwierciedlać podstawowej biologii kierującej odpowiedzią gospodarza. Nie udało im się również odpowiednio dopasować pacjentów do nowych interwencji. Jeśli heterogeniczność sepsy naprawdę odzwierciedla heterogeniczność odpowiedzi gospodarza, charakterystyka tych podstawowych typów odpowiedzi gospodarza będzie miała fundamentalne znaczenie dla umożliwienia precyzyjnego leczenia sepsy.

We wcześniejszym wieloośrodkowym badaniu kliniczno-okresowym w trzech kohortach pacjentów przyjętych na oddział intensywnej terapii (OIOM); (i) pozaszpitalne zatrzymanie krążenia (n=36 – grupa SIRS)) (ii) posocznica płucna (n=84) (iii) posocznica brzuszna (n=64) i 30 zdrowych osób kontrolnych, potwierdzone potencjalne biomarkery immunologiczne gospodarza. Korzystając z 202 próbek z tych kohort, badacze uzyskali zestaw biomarkerów genowych, które mogą identyfikować pacjentów z ciężkim stanem zapalnym i odróżniać posocznicę od stanu zapalnego niezakażonego w szerokim zakresie stanów klinicznych. Zidentyfikowano inne biomarkery do wykorzystania w innych celach, np. rokowanie/powaga. Nasz patent wynikający z tej pracy został złożony i wszedł w fazę PCT. Na podstawie tych opatentowanych markerów wyodrębniono oszczędny zestaw 17 genów, które są w trakcie dalszej oceny. Zidentyfikowano podpanel dwóch jednostek genowych, który może dokładnie wykryć ciężki stan zapalny przy użyciu analizy charakterystyki działania odbiornika/obszaru pod krzywą (ROC) o wartości około 0,98. Zidentyfikowano panel trzech/czterech jednostek genowych do rozróżniania SIRS od wszystkich typów sepsy (ROC 0,89-0,92), wszystko w zależności od ustawień zakresu czułości lub specyficzności.

Potrzebna jest lepsza diagnostyka zapalenia wywołanego przez sepsę zarówno w warunkach szpitalnych, jak i ambulatoryjnych. W warunkach ambulatoryjnych o niskim nasileniu, stanowiących około 80% całkowitego zużycia antybiotyków w Wielkiej Brytanii, prosta diagnostyka pozwalająca na odróżnienie septycznego procesu zapalnego od nieszkodliwego, samoograniczającego się stanu pomogłaby we właściwym stosowaniu środków przeciwdrobnoustrojowych, odpowiedniej selekcji, unikaniu dalszych badań i odpowiednia eskalacja/przyjęcia. W warunkach o wyższej ostrości ważne jest, aby wykluczyć przyczyny niezakaźnego zapalenia; model decyzyjny dotyczący przepisywania antybiotyków powinien uwzględniać niezakażone, niezdrowe przyczyny. Wiarygodna diagnostyka, taka jak nasza, musi rozróżnić wszystkie trzy objawy: stan zapalny niezakaźny, posocznicę i względny stan zdrowia. Będzie to stanowiło istotny krok naprzód w zapewnianiu możliwości diagnostycznych/stratyfikacyjnych, znacznie poprawi procesy decyzyjne i zarządzanie pacjentami oraz potencjalnie zmniejszy nadużywanie antybiotyków w ostrym środowisku medycznym i krytycznym.

Te biomarkery, które po walidacji w niezależnej kohorcie za pomocą qPCR dla mRNA i odpowiednich białek, wraz z dołączonym, łatwym w użyciu, zorientowanym klinicznie systemem punktacji będą stanowić kompletny pakiet danych, który można wdrożyć wewnętrznie, pod warunkiem uzyskania odpowiedniej dalszej akredytacji i/lub wykorzystywane do rozwoju urządzeń punktu opieki przez partnerów komercyjnych. Ta ostatnia opcja może okazać się przydatna do rozpowszechnienia testu na innych terytoriach światowych objętych patentem.

Istnieje pilna potrzeba potwierdzenia tych ustaleń na kilka sposobów; Wykorzystując niezależną kohortę pacjentów, w której naukowcy laboratoryjni nie znają fenotypów klinicznych rekrutowanych pacjentów, a klinicyści nie są świadomi danych dotyczących ekspresji genów.

Wykorzystanie podejścia bioinformatycznego do walidacji wyników w już opublikowanych zbiorach danych

W ramach tego projektu zastosowane zostaną różne podejścia do walidacji tych nowych biomarkerów SIRS lub związanych z sepsą, zidentyfikowanych za pomocą sztucznej sieci neuronowej (ANN) i eksploracji danych parametrycznych z wcześniej opublikowanych zestawów danych, które zostały wcześniej zweryfikowane na podstawie poprzedniej, dobrze scharakteryzowanej kohorty klinicznej;

1. Laboratoria Public Health England ocenią ekspresję mRNA biomarkerów przy użyciu podejścia qPCR, z RNA oczyszczonym z pełnej krwi pacjenta i kontrolnej
2. Laboratoria Public Health England i Cardiff ocenią biomarkery białkowe za pomocą testów ELISA
3. Analiza proteomiczna krwi przez zewnętrznych współpracowników

Dalsza analiza danych zostanie przeprowadzona z wykorzystaniem analizy krzywej ROC i algorytmów arytmetycznych i/lub innych metod statystycznych/bioinformatycznych. Ocena specyficzności i czułości oraz pozytywnych i negatywnych wartości predykcyjnych przy użyciu dobrze uznanych metod zostanie również przeprowadzona w celu oceny wydajności paneli biomarkerów w rozróżnianiu grup kontrolnych pacjentów i grup chorób.