Nya diagnostiska metoder för att identifiera externa ventrikulära dräneringsrelaterade infektioner (EVD Infect II)

I litteraturen varierar den rapporterade incidensen mellan 1-35 % av insatta avlopp. Denna skillnad är ett resultat av avsaknaden av en internationell konsensus om en definition av EVDI och användningen av olika diagnostiska kriterier över studier. I en neurointensiv vårdmiljö är kliniska symtom ofta svåra att utvärdera på grund av underliggande sjukdom. Cerebrospinalvätska (CSF) bakteriekultur är den nuvarande gyllene standarden för EVDI-diagnostik. Men CSF-bakteriekulturer tar ofta flera dagar att slutföra och tidigare användning av antibiotika kan förlänga kulturinkubationstiden ytterligare eller orsaka falskt negativa kulturer. Det är sällan möjligt att skjuta upp behandlingen tills bakteriekulturerna har slutförts. Dessutom, på grund av etiologin för dessa infektioner, kan kontaminering och sanna positiva effekter vara svåra att särskilja baserat på enbart de odlade bakterierna. Sålunda är tidig identifiering av EVDI baserad på indirekta tecken på bakteriell infektion, nämligen CSF-analys av glukos, laktat, protein, leukocyter och erytrocyter. Hos neurokritiskt sjuka förväxlas CSF-parametrar ofta av intraventrikulär blödning (IVH). Leukocyter och erytrocyter i synnerhet kan variera mycket beroende på IVH-volymen.

För att justera för IVH används ofta förhållandet mellan leukocyter och erytrocyter (LE ratio) i CSF och är ett av huvudmåtten för att identifiera EVDI. LE-förhållandet är baserat på antagandet att erytrocyter och leukocyter är homogent fördelade i CSF. Detta antagande har inte tidigare ifrågasatts. Det är dock tydligt från datortomografi (CT) att blod sedimenterar i ventriklarna, vilket tyder på att en homogen fördelning är osannolik. LE-förhållandet förklarar inte det faktum att blodet orsakar en aseptisk inflammation i sig, vilket resulterar i immigration av leukocyter. Dessutom kan leukocyter, i synnerhet granulocyter, uppvisa flytande uppåt, eller antisedimentering, en egenskap som visat sig förvärras hos kritiskt sjuka patienter. Således kan leukocyter sedimentera i en långsammare hastighet än erytrocyter, vilket ytterligare kan förvränga den intraventrikulära CSF/blodfördelningen mot heterogenitet.

På grund av de specifika patogenerna, patientegenskaperna och förvirrande faktorerna har tidig identifiering av EVDI visat sig vara svår och ingen CSF-parameter, var för sig eller i aggregat, har ännu visat sig på ett tillförlitligt sätt förutsäga eller identifiera EVDI. Som sådana är algoritmer baserade på rutinmässigt analyserade CSF-parametrar och kliniska symtom tvetydiga och diagnosen baseras ofta på "expert-åsikter". Detta resulterar i en överdriven användning av bredspektrumantibiotika och en stor variation i klinisk praxis, med upp till 10-20 patienter som behandlas för varje verklig infektion. Dessutom är huvudmåttet i EVDI-diagnostik, LE-kvoten, baserad på det osäkra antagandet att celler är homogent fördelade i CSF. Om och hur detta påverkar rutinmässigt analyserade CSF-parametrar har ännu inte studerats. Med den tvivelaktiga precisionen av nuvarande indirekta metoder för att identifiera EVDIs i åtanke, finns det ett behov av snabbare och mer exakta verktyg för direkt mikrobiologisk detektion och identifiering i diagnostiken av EVDI.

Användningen av nya bakteriella DNA-sekvenseringstekniker inom infektionsmedicin ökar. Tyvärr har dessa tekniker för CSF med primers som täcker de specifika bakterierna som finns i EVDI ännu inte verifierats. Dessutom, på grund av bristen på etablerade dygnet-runt-arbetsflöden kring dessa metoder, är resultat från dessa tekniker ännu inte lätt tillgängliga inom den tidsram som krävs för att besluta om behandling ska påbörjas. Men vanliga PCR-metoder har visat sig identifiera bakterier i en stor del av kliniskt misstänkta patienter med allvarlig sepsis som uppvisar negativa blododlingar. Intressant nog hade denna grupp den högsta dödligheten, vilket tyder på att de positiva bakteriella fynden inte bara berodde på användningen av en överkänslig teknik. Tekniker för sekvensering av bakteriell DNA kan ha potential att uppvisa en högre känslighet jämfört med konventionella bakteriekulturer inom en kortare tidsram.

16s ribosomala ribonukleinsyra (16s rRNA) är en komponent i den prokaryota ribosomala 30s subenheten och finns i alla prokaryota livsformer. Användningen av 16s rRNA-sekvensering har visat sig pålitligt identifiera bakterier i normalt sterila kroppsvätskor, såsom CSF, jämfört med bakteriekulturer. 16s rRNA har också fördelen av att kunna identifiera icke livsdugliga bakterier, vilket potentiellt uppvisar en större känslighet hos patienter som har utsatts för antibiotikabehandling före provtagning, vilket gör det till ett lovande mål för bakteriell DNA-sekvensering. 16s rRNA-sekvensering har dock inte studerats omfattande för EVDI.

Optotracing är en ny metod för identifiering av bakterier och bakteriella biofilmer. Metoden är baserad på luminiscerande konjugerade oligotiofener (LCO), en polymer som uppvisar optoelektriska egenskaper. Interaktion mellan LCO och biofilmprodukter eller bakterier leder direkt till målspecifik fluorescerande emission som möjliggör optisk detektion. Metoden har nyligen visat sig tillförlitligt identifiera biofilm som producerar uropatogena E. coli hos patienter med urinvägsinfektion. Vidare kunde metoden skilja på frisk och infekterad urin oavsett påvisande av biofilmprodukter. Optoelektriska polymerer är mångsidiga molekyler som möjliggör enkel modifiering som kan möjliggöra skräddarsydd målspecifik interaktion, vilket potentiellt tillåter optospårning att användas som en metod för specifik snabb bakteriell identifiering i EVDI-diagnostik.

Förutom optotracing har elektrokemisk avkänning av bakteriell metabolisk aktivitet (REDOX) nyligen undersökts som en ny metod för bakteriell detektion. REDOX utnyttjar bakteriers reducerande förmåga. Denna egenskap har möjliggjort skapandet av en snabb, mycket känslig testuppsättning med polymerer med halvledande egenskaper som fungerar som en elektronacceptor. Denna metod möjliggör mätning av bakteriers metaboliska aktivitet i realtid genom att mäta strömmen som induceras genom direkt överföring av elektroner från bakterierna till polymerytan eller indirekt genom frisättning av redoxaktiva föreningar. Användningen av ledande och optoletriska polymerer för att detektera bakterier representerar ett spännande nytt forskningsfält med lovande kliniska tillämpningar som kan möjliggöra direkt, exakt och snabb mikrobiologisk diagnostik och möjliggöra realtidsövervakning av bakterietillväxt.

Det övergripande syftet med detta projekt är att studera nya metoder för direkt bakteriell detektion i EVDI-diagnostik för att utvärdera om dessa metoder kan användas för att styra behandling för att minska överdriven behandling med bredspektrumantibiotika hos neurokritiskt sjuka patienter.