Om ervoor te zorgen dat sepsispatiënten zo snel mogelijk de juiste antibiotica krijgen, Fraunhofer IGB-onderzoekers hebben een diagnostische procedure ontwikkeld die gebruikmaakt van high-throughput-sequencing van bloedmonsters en die veel sneller resultaten oplevert dan conventionele op kweek gebaseerde technieken. Dankzij de nieuwste single-molecule sequencing-technieken, dit proces is nu verder verbeterd, zodat ziekteverwekkers al na enkele uren kunnen worden geïdentificeerd. De basismethodiek wordt momenteel getest in een multicenteronderzoek met enkele honderden patiënten.

Sepsis - ook bekend als "bloedvergiftiging" - is een levensbedreigende ziekte die wordt veroorzaakt door de ongecontroleerde verspreiding van pathogenen - bacteriën, virussen of parasieten - in het bloed. Alleen al in Duitsland sepsis is verantwoordelijk voor ongeveer 60, 000 doden per jaar, en deze trend is stijgende. Therapie is des te succesvoller naarmate de diagnose sneller gesteld kan worden en het type ziekteverwekker kan worden geïdentificeerd:snel ingrijpen met adequate antibiotica verhoogt de overlevingskans aanzienlijk.

In veel ziekenhuizen is het nog steeds gebruikelijk om sepsispathogenen met microbiologische methoden op te sporen. De ziekteverwekkers worden in het laboratorium gekweekt uit bloedmonsters van patiënten en daarna geïdentificeerd. De beperkingen van deze aanpak zijn een lange doorlooptijd van twee tot vijf dagen en een laag detectiepercentage. In het algemeen, het geeft slechts in 10 tot 30 procent van de gevallen een positief resultaat, die de basis vormt voor de behandelend arts bij het nemen van een beslissing over therapie. In aanvulling, sommige ziekteverwekkers kunnen helemaal niet of alleen onder speciale omstandigheden worden gekweekt, zodat het resultaat negatief is, ook al is er daadwerkelijk een infectie aanwezig - met fatale gevolgen voor de patiënten.

Hoogwaardig platform voor snelle en betrouwbare detectie van pathogenen

Onderzoekers van het Fraunhofer Institute for Interfacial Engineering and Biotechnology IGB hebben enige tijd geleden een alternatieve diagnostische procedure ontwikkeld waarmee allerlei soorten ziekteverwekkers veel sneller en betrouwbaarder kunnen worden opgespoord. Het maakt gebruik van next-generation sequencing (NGS) van microbieel circulerend celvrij DNA (cfDNA) uit bloedmonsters van patiënten en heeft een detectiepercentage dat vijf tot zes keer beter is dan dat van op kweek gebaseerde technieken.

In een driestapsproces bestaande uit monstervoorbereiding, sequencing en bioinformatische evaluatie met speciaal ontwikkelde diagnostische algoritmen, relevante bacteriën, virussen of schimmels kunnen binnen 24 tot 30 uur na bloedafname duidelijk worden geïdentificeerd zonder enige langdurige kweekprocedure. Als een platformgebaseerde benadering, de methode is niet alleen geschikt voor de diagnose van sepsis, maar mogelijk ook voor andere ziekten zoals endocarditis of CSF, d.w.z. infecties van het ruggenmergvocht. In aanvulling, niet alleen de biologische aard van de ziekteverwekker, maar ook de resistentie tegen antibiotica kan worden bepaald, die in aanmerking kunnen komen voor een optimale therapie.

De klinische validatie van het diagnostisch platform voor sepsis loopt momenteel in een multicenter onderzoek:"Nu testen we onze procedure op grote schaal in de kliniek, " meldt Dr. Kai Sohn, hoofd van het innovatieveld "In-vitro Diagnostics" bij Fraunhofer IGB, over de stand van het onderzoekswerk. "Het gaat om 500 patiënten in 20 klinieken; praktisch alle grote Duitse universiteitsklinieken zijn erbij betrokken. deze studie ligt ver boven de planning - en dus krijgen we een grote voorsprong." Het project wordt ondersteund door de Dietmar Hopp Foundation.

Snellere en kosteneffectievere diagnose

Sequencing-technologieën zullen zich verder ontwikkelen zodat de resultaten nog sneller en kosteneffectiever kunnen worden geleverd:met behulp van een van de nieuwste 3e generatie sequencing-technologieën, het microbiële DNA kan tijdens sequencing in realtime worden onderzocht, identificatie van pathogenen terugbrengen tot slechts zes tot acht uur, afhankelijk van hoe ernstig de patiënt is geïnfecteerd. Dit is mogelijk gemaakt door nanopore-sequencing van individuele DNA-moleculen. "Met nanopore-sequencing krijgen we elke minuut resultaten, " legt Sohn uit. "We wachten nu op de proof of concept om de kortst mogelijke doorlooptijd te achterhalen. Maar het lijkt haalbaar dat we in de toekomst ziekteverwekkers routinematig kunnen detecteren in minder dan zes uur na bloedafname."

De eenduidige identificatie van de ziekteverwekkers wordt mogelijk gemaakt door wiskundige berekeningen op basis van de sequentie-informatie van het patiëntenmonster:voor dit doel, de Fraunhofer-onderzoekers hebben een relevantiescore ontwikkeld - de Sepsis Indicating Quantifier (SIQ) Score - die bio-informatisch de gegevens van de geïnfecteerde personen vergelijkt met gezonde controlegroepen en ze vervolgens evalueert. "Voor dit doeleinde, we hebben vooraf verwachtingswaarden gegenereerd voor honderden verschillende ziekteverwekkers, " meldt Sohn. "Op basis hiervan, we kunnen nu resultaten leveren in een vergelijkbare vorm als iedereen weet van het bloedbeeld van hun huisarts. Zo ondersteunen onze algoritmen snelle en adequate therapiebeslissingen. En dit zou in de toekomst mogelijk ook als point-of-care-test direct op de intensive care kunnen worden uitgevoerd."