Klinisk validering av en "handhållen" fluorescens digital bildapparat för sårvårdsapplikationer

Inledning och motivering:

Sårvård är en stor klinisk utmaning och utgör en enorm börda för vården världen över. När sår (kroniska och akuta) läker sker ett antal viktiga biologiska förändringar vid sårstället på vävnads- och cellnivå. Bland dessa är inflammation, reformering av den epidermala barriären och ombyggnad av bindväven i dermis. En vanlig stor komplikation som uppstår under sårläkningsprocessen, som kan variera från dagar till månader, är dock bakterieinfektion. Detta kan resultera i ett allvarligt hinder för läkningsprocessen och leda till betydande komplikationer, särskilt vid kroniska icke-läkande sår. För närvarande omfattar den vanliga sårvården övervakning av eventuell infektion genom direkt visuell inspektion under vitt ljus och genom att ta prover för analys i laboratoriet vilket tar cirka två dagar att ge ett resultat. Kvalitativ visuell bedömning ger dock endast en grov bild av sårstället (dvs närvaron av purulent material och skorpbildning) men ger inte den kritiskt viktiga informationen om underliggande förändringar som sker på vävnads- och cellnivå (d.v.s. infektion, matris) ombyggnad, inflammation och nekros).

Alla kroniska sår innehåller bakterier. Men om såret är i bakteriell balans (kontamination med organismer på ytan eller kolonisering med organismer i vävnaden ordnade i mikrokolonier utan att orsaka skada) eller bakteriell obalans (kritisk kolonisering och infektion) är av primär betydelse för läkningen. Det är viktigt att notera att det finns en kontinuum av bakteriell närvaro som går från bakteriebalans till bakteriell skada i ett kroniskt sår. Diagnosen infektion ställs vanligtvis kliniskt baserat på tecken och symtom i och runt den lokala sårbädden, de djupare strukturerna och den omgivande huden. Närvaron och svårighetsgraden av bakteriell infektion diagnostiseras vanligtvis baserat på sårets kliniska utseende under vitt ljus (d.v.s. smärta, purulent exsudat, skorpbildning, svullnad, erytem, ​​värme). Ett stort problem är att bakteriell kontaminering i och runt ett sår inte kan fastställas direkt genom visualisering av själva bakterierna under vitt ljus, utan baseras på kliniska tecken och symtom orsakade av bakteriell kontaminering och/eller infektion i såret (d.v.s. smärta, purulent exsudat, skorpbildning, svullnad, erytem, ​​värme).

Ombyggnad och läkning av bindväv i sår involverar samtidig syntes och nedbrytning av kollagenfibriller. Dessa bakterier inkluderar vanliga arter som vanligtvis finns på sårställen (dvs. Staphylococcus och Pseudomonas-arter). Bakterieprover samlas in vid tidpunkten för sårundersökning och har fördelen att de ger identifiering av specifika bakterie-/mikrobiella arter och kvantifiering av bakteriebördan. Men ofta samlas flera svabbar in slumpmässigt från sårstället och dessa är inte riktade, och vissa svabbtekniker kan sprida mikroorganismerna runt med såret under insamlingsprocessen, vilket påverkar patientens läkningstid och sjuklighet. Detta kan vara ett problem, särskilt med stora kroniska (icke-läkande) sår där detektionsutbytet för bakteriell närvaro är suboptimalt, trots insamling av flera svabbar. Dessutom tar det ofta cirka 2-4 dagar innan bakteriologiska odlingsresultat kommer tillbaka från laboratoriet, vilket försenar diagnos och behandling avsevärt. Bakterieprover ger således inte realtidsdetektering av sårs infektionsstatus. Dessutom, även om sårprovning verkar vara okomplicerad, kan det leda till olämplig behandling, patientsjuklighet och ökad sjukhusvistelse om den inte utförs på rätt sätt. En bildbaserad metod som tillåter realtidsövervakning av sårläkning, särskilt tidig hudbindvävsremodellering, och närvaron av bakteriell kontaminering och/eller infektion över tid kan ha en betydande klinisk effekt.

Autofluorescensavbildning har använts inom gastroenterologi för att avbilda både kollagen och bakteriell fluorescens i kliniska studier. Vi vill utöka användningen av vävnadsautofluorescensavbildningsteknik till sårvård och hantering för att tillhandahålla biologiskt relevant information om sårplatsen på vävnads- och biomolekylära nivåer i realtid under läkningsprocessen. När den används för att bedöma sår, kan vävnadsautofluorescens hjälpa till att bestämma graden av sårläkning och närvaron av bakteriell infektion. I preliminära prekliniska tester har vi upptäckt att när sår belyses en specifik våglängdskombination av excitationsljus, avger endogena vävnadskomponenter en karakteristisk fluorescerande signal, medan bakterier avger en unik fluorescenssignal.

Vi har nyligen utvecklat en innovativ optisk molekylär avbildningsplattform baserad på högupplöst fluorescens- och vitljusteknologi i en handhållen, realtid, högupplöst, icke-invasiv (t.ex. icke-kontakt) format. Denna uppfinning erbjuder realtidsdetektering av viktig biologisk och molekylär information om ett sår för första gången, och kan ha betydande inverkan på att förbättra konventionell sårvård och behandling. Baserat på omfattande prekliniska tester har den föreslagna tekniken förmågan att samla in autofluorescensbilder av sår och detektera närvaron och relativa förändringar i bindvävsinnehåll och biodistribution som är involverade i sårläkning. Den kan också upptäcka den tidigaste indikationen på kontaminering av bakterier/mikroorganismer i såret (som är ockult enligt visuellt baserad standardvitt ljus), vilket ger ett mått på infektionsstatus. Detta kan avsevärt påverka klinisk sårvård och behandling genom att i) minska komplikationerna förknippade med missad upptäckt av bakterieinfektion, ii) underlätta bildstyrd svabbning/biopsi och iii) övervaka sårläkning över tid. Dessutom gör den kompakta och portabla designen av bildbehandlingsplattformen den idealisk för den kliniska sårvårdsmiljön såväl som för användning på vårdcentralen för hemsjukvårdsbesök.

Studiemål och specifika mål

Det primära syftet med den här kliniska studien är att utvärdera användningen och effektiviteten av vår "handhållna" plattform för digitala fluorescensapparat för icke-invasiv klinisk övervakning i realtid av kroniska sår för läkning och bakteriell kontaminering/infektionsstatus över tid. Detta kommer att göra det möjligt för oss att avgöra om enheten kan upptäcka och longitudinellt spåra inneboende förändringar som kan inträffa under sårläkningsprocessen inklusive, men inte begränsat till, kollagenommodellering och bakteriell infektion av sårstället.

Som ett sekundärt mål vill vi erhålla värdefull slutanvändardata om enhetens kliniska användbarhet inom sårklinikmiljön. Denna information kommer att användas för att optimera efterföljande versioner av enheten under produktutvecklingen.

Viktigast av allt hoppas vi att slutgiltigt verifiera det mervärde som denna bildbehandlingsenhet tillför traditionella sårvårdsmetoder, och i vilken utsträckning den kommer att förändra guldstandarden.

Specifika mål:

1. För att avgöra om fluorescensavbildningsanordningen kan upptäcka förändringar i bindväv över tid som kan korreleras med sårläkning eller ommodellering, jämfört med förändringar i sårstorlek över tiden.
2. För att bestämma effektiviteten av fluorescensavbildningsanordningen för att detektera närvaron (eller kontamineringen) av bakterier i och runt ett sår (inklusive infektion), jämfört med standardmetoder för bästa praxis (t.ex. visualisering av vitt ljus och kliniska tecken och symtom, med svabbning och bakteriologi som "guldstandarden").
3. Att identifiera sambanden mellan autofluorescensavbildning av vävnader och bakterier i sår (inklusive sårmarginalen) och följande: i) kliniska tecken på infektion, ii) mikrobiell belastning (dvs. antal organismer per gram sårvävnad) och iii) mångfald av mikrobiella arter i såret (d.v.s. antal olika arter isolerade per sår) och Gramsignering.