Mempercepat identifikasi patogen pada bayi dan anak dengan infeksi aliran darah

Protein FcMBL yang direkayasa secara genetik, digabungkan dengan manik-manik magnetik, dapat menangkap lebih dari 100 spesies mikroba berbeda dengan efisiensi tinggi, termasuk semua patogen bakteri dan jamur yang menyebabkan sepsis. Gambar ini menunjukkan patogen jamur Candida albicans (ungu) yang diisolasi dengan teknologi penangkap patogen spektrum luas FcMBL. Kredit: E. Super, Institut Wyss di Universitas Harvard

Sebuah tim kolaboratif yang dipimpin oleh peneliti dari Great Ormond Street Institute of Child Health (GOSH), London dan termasuk peneliti dari Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering di Harvard University dan BOA Biomedical di Cambridge telah merekayasa ulang proses identifikasi mikroba patogen dalam darah. sampel dari pasien sepsis pediatrik menggunakan teknologi penangkap patogen spektrum luas FcMBL dari Wyss Institute. Kemajuan ini memungkinkan deteksi patogen yang akurat dengan kombinasi sensitivitas dan kecepatan yang belum pernah terjadi sebelumnya, dan secara signifikan dapat meningkatkan hasil klinis untuk pasien anak dan lanjut usia dengan infeksi aliran darah (BSI) dan sepsis. Temuan ini dipublikasikan di PLoS ONE.

BSI dengan berbagai patogen mikroba dapat dengan cepat meningkat menjadi sepsis yang mengancam jiwa ketika tubuh kewalahan oleh penyerbu yang berlipat ganda dan mematikan fungsi organnya. Pada 2017, ada 48,9 juta kasus dan 11 juta kematian terkait sepsis di seluruh dunia. Yang penting, hampir setengah dari semua kasus sepsis global terjadi pada anak-anak, dengan perkiraan 20 juta kasus dan 2,9 juta kematian global pada mereka yang berusia di bawah lima tahun.

Untuk mencegah BSI berkembang menjadi sepsis yang parah, spesies bakteri atau jamur penyebab infeksi harus diidentifikasi secepat mungkin. Hanya dengan begitu perawatan antibakteri atau antijamur yang disesuaikan dengan patogen dapat diterapkan tepat waktu. Metode konvensional yang digunakan di laboratorium klinis untuk mengidentifikasi spesies patogen penyebab adalah panjang dan melelahkan, membutuhkan dua langkah kultur yang memakan waktu yang membutuhkan setidaknya 1 hingga 3 hari untuk menyelesaikannya.

“Untuk semua pasien dengan sepsis, peluang mereka untuk bertahan hidup menyusut secara dramatis semakin lama waktu yang dibutuhkan untuk mengidentifikasi patogen penyebab infeksi dan dengan demikian, menerima pengobatan antimikroba yang paling menjanjikan,” kata Nigel Klein, MD, Ph.D., pls , seorang Profesor Penyakit Menular dan Imunologi di GOSH, dan seorang penulis senior dalam studi tersebut. “Di Rumah Sakit Great Ormond Street kami telah bekerja untuk menunjukkan pentingnya diagnosis cepat dan fakta bahwa dengan pendekatan inovatif kami dapat mengidentifikasi organisme penyebab antara 40 menit dan enam jam. Dibandingkan dengan pasien dewasa, sepsis pada bayi dan anak kecil berkembang jauh lebih cepat, dan oleh karena itu ada kebutuhan nyata untuk metode diagnostik yang mendukung deteksi dini. Diagnosis yang akurat bahkan lebih signifikan karena hanya tersedia volume darah kecil dari pasien anak yang dapat membuat pengambilan sampel ulang menjadi sulit.”

Pada tahun 2020, penulis senior Klein dan Elaine Cloutman-Green, Ph.D., seorang Konsultan Ilmuwan Klinis dan Dokter Pengendalian Infeksi di GOSH, mulai berkolaborasi dengan Staf Utama Ilmuwan Michael Super, Ph.D. dan Direktur Pendiri Donald Ingber, MD, Ph.D. di Institut Wyss Harvard untuk memecahkan masalah ini. “Berdasarkan keberhasilan kami sebelumnya dengan FcMBL dalam mengisolasi patogen dari persendian serta darah sapi dan manusia dengan efisiensi luar biasa, kami berhipotesis bahwa membangun penangkapan patogen yang dimediasi FcMBL ke dalam protokol kultur darah klinis yang dimodifikasi dapat mempersingkat waktu dan mengurangi ukuran sampel pasien yang diperlukan untuk menghasilkan hasil yang sama dengan protokol kultur darah yang memakan waktu,” kata Super.

Dalam proses identifikasi patogen yang saat ini dilakukan di lingkungan klinis, pertama, sampel darah ditambahkan ke botol yang berisi media cair di mana mikroba infeksius, jika ada, diperbanyak hingga kepadatan tertentu. Kemudian, mikroba yang diamplifikasi ditumbuhkan pada media padat sebagai koloni terisolasi yang sel penyusunnya akhirnya dapat diidentifikasi dengan metode analisis yang sangat sensitif, namun cepat dan relatif murah yang dikenal sebagai spektrometri massa MALDI-TOF (MS). “Memang, mengisolasi mikroba menular langsung dari biakan darah cair yang ditumbuhkan menggunakan FcMBL membuatnya tersedia untuk analisis MALDI-TOF MS jauh lebih awal,” tambah Super.

FcMBL adalah komponen kunci dari teknologi penangkapan patogen spektrum luas. Ini terdiri dari protein kekebalan manusia yang direkayasa secara genetik yang disebut mannose-binding lectin (MBL) yang menyatu dengan fragmen Fc dari molekul antibodi untuk menghasilkan protein FcMBL yang dihasilkan. Dalam konfigurasi ini, bagian MBL dari FcMBL dapat menangkap lebih dari 100 spesies mikroba berbeda dengan efisiensi tinggi, termasuk hampir semua patogen bakteri dan jamur yang menyebabkan sepsis. Porsi Fc FcMBL dapat digunakan untuk memasangkannya ke manik-manik magnetik, memungkinkan patogen yang ditangkap dengan cepat ditarik keluar dari sampel pasien dan kultur darah cair.

Pada tahap awal proyek, tim Wyss menyediakan FcMBL bead-coupled murni kepada tim GOSH, yang memiliki akses ke sampel darah dari pasien anak di rumah sakit. Pada tahap selanjutnya, perusahaan sepsis dan penyakit menular BOA Biomedical, yang didirikan bersama oleh Super dan Ingber untuk mengkomersialkan teknologi FcMBL Wyss Institute, menyediakan reagen FcMBL dan keahlian penting untuk proyek tersebut. BOA Biomedis sementara itu mengembangkan kemampuan manufaktur untuk FcMBL yang dibutuhkan oleh Food and Drug Administration (FDA) di AS dan badan kesehatan federal lainnya untuk memproduksi produk terapeutik dan diagnostik.

“Sepsis adalah pembunuh utama di rumah sakit, dan dengan cepat memulai antibiotik yang tepat menyelamatkan nyawa. Menggunakan pekerjaan yang awalnya dikembangkan di Institut Wyss, teknologi FcMBL revolusioner BOA Biomedis membantu dengan cepat dan akurat mengidentifikasi patogen yang menyebabkan sepsis, mengantarkan era baru yang ditargetkan terapi antimikroba untuk membantu pasien individu dan mengekang masalah resistensi antimikroba yang mematikan di masyarakat,” kata Mike McCurdy, MD, Kepala Petugas Medis BOA Biomedis.

Selain menggunakan kultur darah dua langkah standar emas yang dikombinasikan dengan identifikasi patogen MALDI-TOF MS, tim juga menyertakan kit Sepsityper MBT dari Bruker Corporation sebagai pembanding. Diperkenalkan ke pasar pada tahun 2021, MBT Sepsityper pada dasarnya menghilangkan langkah kultur mikroba kedua yang memakan waktu dengan melisiskan sel mikroba dari kultur cair dan memutar fragmen ke dalam mesin sentrifus sebelum menganalisisnya dengan analisis spektrometri massa MALDI-TOF. Meskipun mempercepat proses diagnostik secara keseluruhan, metode Sepsityper MBT menghasilkan tingkat deteksi mikroba yang lebih rendah daripada yang diperoleh dengan metode kultur konvensional, yang berarti metode ini mungkin masih gagal untuk mengidentifikasi patogen penyebab infeksi pada sebagian kecil sampel darah yang signifikan.

“Pendekatan FcMBL kami telah membuka peluang untuk mengidentifikasi organisme patogen untuk memandu pengobatan 24 hingga 48 jam lebih awal dari yang dimungkinkan dengan menggunakan teknik kultur standar. Ini juga memungkinkan kami menggunakan identifikasi ini untuk membuat kultur berkelanjutan untuk sensitivitas antibiotik lebih disesuaikan dengan kebutuhan pasien. Metode ini tidak terikat pada platform atau produsen tertentu, dan dengan demikian kami melihat potensi yang jelas untuk menjadi langkah pemrosesan standar baru untuk deteksi patogen klinis,” kata Cloutman-Green.

“Metode FcMBL mengidentifikasi 94,1% spesies mikroba yang ditemukan dalam analisis kultur darah klinis dengan sampel dari 68 pasien anak,” kata penulis pertama Kerry Kite, yang melakukan pekerjaan pascasarjana dengan Klein dan Cloutman-Green. “Kami dapat mengidentifikasi lebih banyak spesies infeksius dalam kultur darah cair positif menggunakan metode FcMBL dibandingkan dengan metode Sepsityper MBT (25 dari 25 vs 17 dari 25), dan tren ini bahkan lebih jelas terlihat dalam kasus jamur umum patogen Candida. (24 dari 24 vs 9 dari 24).” Spesies Candida menyumbang sekitar 5% dari semua kasus sepsis berat dan merupakan patogen paling umum keempat yang diisolasi dari aliran darah pasien di Amerika Serikat. Tidak hanya infeksi Candida dan jamur lain yang memerlukan perawatan antijamur khusus, membedakan antara berbagai jenis jamur patogen membantu mengarahkan terapi antimikroba yang tepat. Khususnya di unit perawatan intensif neonatal, infeksi Candida merupakan penyebab utama morbiditas dan mortalitas, membunuh sebanyak 40% bayi dan sering menyebabkan gangguan perkembangan saraf pada bayi yang bertahan hidup.

“Dengan terus mengadaptasi teknologi penangkap patogen FcMBL yang kuat untuk kebutuhan diagnostik yang tidak terpenuhi dan mendesak, seperti diagnosis cepat sepsis pada pasien anak, kami berharap dapat secara mendalam mengubah prospek pasien dari segala usia yang seringkali suram,” kata Ingber. “Tujuan akhir kami adalah untuk dapat mengidentifikasi patogen secara akurat dan bahkan lebih cepat secara langsung dalam sampel darah kecil tanpa perlu kultur mikroba tambahan.” Ingber juga merupakan Judah Folkman Professor of Vascular Biology di Harvard Medical School dan Boston Children’s Hospital, dan Hansjörg Wyss Professor of Bioinspired Engineering di Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences.

Informasi lebih lanjut: Kerry Anne Kite et al, FcMBL magnetic bead-based MALDI-TOF MS dengan cepat mengidentifikasi infeksi aliran darah pediatrik dari kultur darah positif, PLOS ONE (2022). DOI: 10.1371/journal.pone.0276777 Disediakan oleh Universitas Harvard

Kutipan: Mempercepat identifikasi patogen pada bayi dan anak-anak dengan infeksi aliran darah (2022, 3 Desember) diambil 4 Desember 2022 dari https://medicalxpress.com/news/2022-12-pathogen-identification-infants-children-bloodstream.html

Dokumen ini tunduk pada hak cipta. Terlepas dari kesepakatan yang adil untuk tujuan studi atau penelitian pribadi, tidak ada bagian yang boleh direproduksi tanpa izin tertulis. Konten disediakan untuk tujuan informasi saja.