Nowe metody diagnostyczne do identyfikacji infekcji związanych z zewnętrznym drenażem komorowym (EVD Infect II)

W piśmiennictwie częstość występowania waha się od 1 do 35% wprowadzonych drenów. Rozbieżność ta wynika z braku międzynarodowego konsensusu co do definicji EVDI oraz stosowania różnych kryteriów diagnostycznych w różnych badaniach. W warunkach intensywnej opieki neurochirurgicznej objawy kliniczne są często trudne do oceny ze względu na chorobę podstawową. Hodowla bakteryjna płynu mózgowo-rdzeniowego (CSF) jest obecnie złotym standardem diagnostyki EVDI. Jednak zakończenie hodowli bakterii płynu mózgowo-rdzeniowego często trwa kilka dni, a wcześniejsze zastosowanie antybiotyków może dodatkowo wydłużyć czas inkubacji kultury lub spowodować fałszywie ujemne posiewy. Rzadko możliwe jest opóźnienie leczenia do zakończenia hodowli bakteryjnych. Ponadto, ze względu na etiologię tych infekcji, rozróżnienie kontaminacji i wyników prawdziwie dodatnich może być trudne na podstawie samych wyhodowanych bakterii. Tak więc wczesna identyfikacja EVDI opiera się na pośrednich objawach zakażenia bakteryjnego, a mianowicie analizie płynu mózgowo-rdzeniowego glukozy, mleczanu, białka, leukocytów i erytrocytów. U pacjentów w stanie krytycznym parametry płynu mózgowo-rdzeniowego są często zaburzone przez krwotok dokomorowy (IVH). W szczególności leukocyty i erytrocyty mogą się znacznie różnić w zależności od objętości IVH.

Aby dostosować się do IVH, powszechnie stosuje się stosunek leukocytów i erytrocytów (stosunek LE) w płynie mózgowo-rdzeniowym, który jest jednym z głównych wskaźników identyfikacji EVDI. Wskaźnik LE opiera się na założeniu, że erytrocyty i leukocyty są równomiernie rozmieszczone w płynie mózgowo-rdzeniowym. To założenie nie było wcześniej kwestionowane. Jednak ze skanów tomografii komputerowej (CT) jasno wynika, że ​​krew osadza się w komorach, co sugeruje, że jednorodna dystrybucja jest mało prawdopodobna. Wskaźnik LE nie uwzględnia faktu, że krew sama w sobie powoduje aseptyczne zapalenie, powodując imigrację leukocytów. Ponadto leukocyty, w szczególności granulocyty, mogą wykazywać unoszenie się w górę lub antysedymentację, właściwość, która, jak wykazano, nasila się u pacjentów w stanie krytycznym. W związku z tym leukocyty mogą osadzać się wolniej niż erytrocyty, co może dodatkowo zniekształcić dokomorowy rozkład płynu mózgowo-rdzeniowego/krew w kierunku heterogeniczności.

Ze względu na specyficzne patogeny, cechy pacjenta i czynniki zakłócające wczesna identyfikacja EVDI okazała się trudna i nie wykazano jeszcze, aby żaden parametr płynu mózgowo-rdzeniowego, samodzielnie lub łącznie, nie przewidywał lub nie identyfikował EVDI. W związku z tym algorytmy oparte na rutynowo analizowanych parametrach płynu mózgowo-rdzeniowego i objawach klinicznych są niejednoznaczne, a diagnoza często opiera się na „opinii eksperta”. Skutkuje to nadmiernym stosowaniem antybiotyków o szerokim spektrum działania i dużymi różnicami w praktyce klinicznej, gdzie nawet 10-20 pacjentów jest leczonych z powodu każdej prawdziwej infekcji. Dodatkowo, główna miara w diagnostyce EVDI, współczynnik LE, opiera się na niepewnym założeniu, że komórki są jednorodnie rozmieszczone w płynie mózgowo-rdzeniowym. Czy iw jaki sposób wpływa to na rutynowo analizowane parametry płynu mózgowo-rdzeniowego, nie zostało jeszcze zbadane. Biorąc pod uwagę wątpliwą precyzję obecnych pośrednich metod identyfikacji EVDI, istnieje zapotrzebowanie na szybsze i dokładniejsze narzędzia do bezpośredniego wykrywania i identyfikacji mikrobiologicznej w diagnostyce EVDI.

Zastosowanie nowych technik sekwencjonowania bakteryjnego DNA w medycynie chorób zakaźnych wzrasta. Niestety, te techniki dla płynu mózgowo-rdzeniowego ze starterami obejmującymi określone bakterie znalezione w EVDI nie zostały jeszcze zweryfikowane. Co więcej, ze względu na brak ustalonych całodobowych przepływów pracy związanych z tymi metodami, wyniki tych technik nie są jeszcze łatwo dostępne w ramach czasowych potrzebnych do podjęcia decyzji o rozpoczęciu leczenia. Wykazano jednak, że zwykłe metody PCR identyfikują bakterie u dużej części pacjentów z klinicznie podejrzeniem ciężkiej sepsy, u których posiewy krwi są ujemne. Co ciekawe, ta grupa miała najwyższą śmiertelność, co sugeruje, że pozytywne wyniki badań bakteryjnych wynikały nie tylko z zastosowania nadwrażliwej techniki. Techniki sekwencjonowania bakteryjnego DNA mogą wykazywać wyższą czułość w porównaniu z konwencjonalnymi kulturami bakteryjnymi w krótszym czasie.

Kwas rybosomalny 16s (16s rRNA) jest składnikiem podjednostki 30s rybosomu prokariotycznego i jest obecny we wszystkich prokariotycznych formach życia. Wykazano, że zastosowanie sekwencjonowania 16s rRNA niezawodnie identyfikuje bakterie w normalnie sterylnych płynach ustrojowych, takich jak płyn mózgowo-rdzeniowy, w porównaniu z kulturami bakteryjnymi. 16s rRNA ma również tę zaletę, że jest w stanie zidentyfikować bakterie nieżywotne, a tym samym potencjalnie wykazuje większą czułość u pacjentów, którzy zostali poddani leczeniu antybiotykami przed pobraniem próbki, co czyni go obiecującym celem do sekwencjonowania bakteryjnego DNA. Jednak sekwencjonowanie 16s rRNA nie było szeroko badane pod kątem EVDI.

Optotracing to nowa metoda identyfikacji bakterii i biofilmów bakteryjnych. Metoda opiera się na luminescencyjnych sprzężonych oligotiofenach (LCO), polimerach wykazujących właściwości optoelektryczne. Interakcja między LCO a produktami biofilmu lub bakteriami bezpośrednio prowadzi do docelowej specyficznej emisji fluorescencji, która umożliwia detekcję optyczną. Niedawno odkryto, że metoda ta niezawodnie identyfikuje wytwarzające biofilm uropatogenne szczepy E. coli u pacjentów z infekcją dróg moczowych. Ponadto metoda była w stanie rozróżnić między zdrowym a zakażonym moczem niezależnie od wykrycia produktów biofilmu. Polimery optoelektryczne to wszechstronne cząsteczki umożliwiające łatwą modyfikację, która może pozwolić na dostosowaną interakcję specyficzną dla celu, potencjalnie umożliwiając wykorzystanie śledzenia optycznego jako metody specyficznej szybkiej identyfikacji bakterii w diagnostyce EVDI.

Oprócz śledzenia optycznego, niedawno zbadano elektrochemiczne wykrywanie aktywności metabolicznej bakterii (REDOX) jako nową metodę wykrywania bakterii. REDOX wykorzystuje redukujące możliwości bakterii. Właściwość ta umożliwiła stworzenie szybkiej, bardzo czułej matrycy testowej z wykorzystaniem polimerów o właściwościach półprzewodnikowych pełniących rolę akceptora elektronów. Metoda ta pozwala na pomiar aktywności metabolicznej bakterii w czasie rzeczywistym poprzez pomiar prądu indukowanego przez bezpośredni transfer elektronów z bakterii na powierzchnię polimeru lub pośrednio, poprzez uwalnianie związków aktywnych redoks. Wykorzystanie polimerów przewodzących i optoelektrycznych do wykrywania bakterii stanowi ekscytującą nową dziedzinę badań z obiecującymi zastosowaniami klinicznymi, które mogą umożliwić bezpośrednią, precyzyjną i szybką diagnostykę mikrobiologiczną oraz pozwalają na monitorowanie wzrostu bakterii w czasie rzeczywistym.

Ogólnym celem tego projektu jest zbadanie nowych metod bezpośredniego wykrywania bakterii w diagnostyce EVDI w celu oceny, czy metody te mogą być stosowane do kierowania leczeniem w celu ograniczenia nadmiernego leczenia antybiotykami o szerokim spektrum działania u pacjentów w stanie neurokrytycznym.