Validering av molekylära och proteinbiomarkörer vid sepsis (VAMp-sepsis)

Sepsis, definierad som livshotande organsvikt till följd av ett oreglerat värdsvar på infektion, är fortfarande en ledande dödsorsak hos kritiskt sjuka patienter och har inkluderats som en hälsoprioritet i en WHO-resolution från 2017. Diagnos av denna störning är utmanande eftersom de kliniska tecknen och symtomen på systemisk inflammation vid sepsis överlappar de vid icke-infektiösa kritiska tillstånd, dvs. allvarligt inflammatoriskt svarssyndrom (SIRS) t.ex. hjärtstopp och brännskador. Tidig och korrekt diagnos av sepsis är avgörande för att förbättra patientresultaten och minska antibiotikaanvändningen. Förseningar i administrering av antibiotika är förknippade med sämre resultat; Men paradoxalt nog ökar urskillningslös förskrivning av antibiotika till patienter utan bakterieinfektioner både frekvensen av sjuklighet och antimikrobiell resistens. Andelen olämpliga antibiotikaförskrivningar i sjukhusmiljö uppskattas till 30 till 50 % och skulle minskas genom tillgång till förbättrade diagnostiska tester.

Det finns för närvarande inget laboratorietest av guldstandard som brett kan fastställa förekomsten och typen av infektion. Även om ny polymeraskedjereaktion (PCR)-baserad molekylär diagnostik kan profilera patogener direkt från blododling, lider de av känslighetsproblem på grund av beroende av tillräckligt många patogener i blodprovet. De är också begränsade till detektion av ett diskret spektrum av patogener. Som ett resultat finns det ett växande fokus på molekylär diagnostik som profilerar värdens immunsvar. Aktuella sepsisgrupperingar är baserade på kliniska kriterier som förekomst av chock, infektionskälla eller organsvikt, men sådana grupperingar kanske inte representerar den underliggande biologin som driver värdens respons. De har inte heller lyckats matcha patienter på ett adekvat sätt för nya ingrepp. Om heterogeniteten hos sepsis verkligen återspeglar heterogenitet i värdsvaret, kommer karakterisering av dessa underliggande värdsvarstyper att vara grundläggande för att möjliggöra precisionsbehandling av sepsis.

I en tidigare multicenter, klinisk-temporell studie i tre kohorter av patienter inlagda på intensivvårdsavdelningen (ICU); (i) hjärtstopp utanför sjukhus (n=36 - SIRS-grupp)) (ii) pulmonell sepsis (n=84) (iii) abdominal sepsis (n=64) och 30 friska kontroller, validerade potentiella värdimmunbiomarkörer. Med hjälp av 202 prover från dessa kohorter, härledde forskarna en uppsättning genbiomarkörer som kan identifiera patienter med allvarlig inflammation och skilja sepsis från icke-infekterad inflammation över ett brett spektrum av kliniska tillstånd. Andra biomarkörer har identifierats för användning för andra ändamål t.ex. prognos/allvarlighet. Vårt patent som härrör från detta arbete har lämnats in och gått in i PCT-stadiet. Från dessa patenterade markörer har en sparsam uppsättning av 17 gener avgränsats ytterligare, vilka är under ytterligare utvärdering. En underpanel med två genenheter har identifierats som exakt kan detektera allvarlig inflammation med användning av mottagarens operationskarakteristik/område under kurvan (ROC) analys med ett värde på cirka 0,98. En panel med tre/fyra genenheter har identifierats för diskriminering av SIRS från alla sepsistyper (ROC 0,89-0,92), allt beroende på inställningar för känslighet eller specificitetsområde.

Bättre diagnostik för sepsis-driven inflammation behövs i både slutenvård och öppenvård. I öppenvårdsmiljöer med låg skärpa, som bidrar med cirka 80 % av den totala antibiotikaanvändningen i Storbritannien, skulle en enkel diagnostik för att skilja en septisk inflammatorisk process från ett ofarligt, självbegränsande tillstånd hjälpa till med lämplig användning av antimikrobiell substans, lämplig triage, undvika ytterligare undersökningar och lämplig eskalering/antagning. I inställningar med högre skärpa är orsaker till icke-infektiös inflammation viktiga att utesluta; en beslutsmodell för antibiotikaförskrivning bör innehålla en icke-infekterad, icke-hälsosam orsak. En tillförlitlig diagnostik, som vår, behöver särskilja alla tre presentationerna: icke-infekterad inflammation, sepsis och relativ hälsa. Det kommer att representera en stor stegvis förändring i tillhandahållandet av diagnostisk/stratifieringsförmåga, avsevärt förbättra besluts- och patienthanteringsvägar och potentiellt minska antibiotikaöveranvändning i den akuta medicinska och kritiska vårdmiljön.

Dessa biomarkörer när de väl har validerats i en oberoende kohort via qPCR för mRNA och deras motsvarande proteiner, tillsammans med ett åtföljande lättanvänt, kliniskt orienterat poängsystem kommer att representera ett komplett datapaket som kan rullas ut internt, med förbehåll för lämplig ytterligare ackreditering och/eller utnyttjas för utveckling av point-of-care-enheter av kommersiella partners. Det senare alternativet kan visa sig användbart för spridning av testet till andra patentlämpliga globala territorier.

Det finns ett akut behov av att validera dessa resultat på flera sätt; Med hjälp av en oberoende patientkohort, där laboratorieforskare är blinda för de kliniska fenotyperna hos de rekryterade patienterna och kliniker inte är medvetna om genuttrycksdata.

Att använda en bioinformatisk metod för att validera resultaten i redan publicerade dataset

Detta projekt kommer att använda olika tillvägagångssätt för att validera dessa nya SIRS eller sepsis-associerade biomarkörer identifierade av Artificial Neural Network (ANN) och parametrisk datautvinning av tidigare publicerade datauppsättningar och ytterligare validerade tidigare från en tidigare välkarakteriserad klinisk kohort;

1. Public Health Englands laboratorier kommer att utvärdera biomarkör-mRNA-uttryck med en qPCR-metod, med RNA renat från patient- och kontrollhelblod
2. Public Health England och Cardiff laboratorier kommer att bedöma proteinbiomarkörer med hjälp av ELISA-analyser
3. Proteomisk analys av blod av externa medarbetare

Ytterligare dataanalys kommer att genomföras med hjälp av ROC-kurvanalys och aritmetiska algoritmer och/eller andra statistiska/bioinformatiska metoder. Bedömning av specificitet och känslighet och positiva och negativa prediktiva värden med hjälp av väletablerade metoder kommer också att utföras för att utvärdera prestandan hos biomarkörpanelerna för att särskilja patientkontroll- och sjukdomsgrupper.