Per garantire che i pazienti con sepsi ricevano gli antibiotici appropriati il ​​più rapidamente possibile, I ricercatori del Fraunhofer IGB hanno sviluppato una procedura diagnostica che utilizza il sequenziamento ad alto rendimento dei campioni di sangue e fornisce risultati molto più velocemente rispetto alle tecniche convenzionali basate sulla coltura. Grazie alle più recenti tecniche di sequenziamento di singole molecole, questo processo è stato ora ulteriormente migliorato in modo che gli agenti patogeni possano essere identificati dopo poche ore. La metodologia di base è attualmente in fase di sperimentazione in uno studio multicentrico con diverse centinaia di pazienti.

La sepsi, nota anche come "avvelenamento del sangue", è una malattia potenzialmente letale causata dalla proliferazione incontrollata di agenti patogeni:batteri, virus o parassiti, nel sangue. Nella sola Germania, la sepsi è responsabile di circa 60, 000 morti all'anno, e questa tendenza è in aumento. La terapia è tanto più efficace quanto più velocemente può essere fornita la diagnosi e il tipo di patogeno identificato:un intervento rapido con antibiotici adeguati aumenta significativamente il tasso di sopravvivenza.

È ancora pratica comune in molti ospedali rilevare i patogeni della sepsi utilizzando metodi microbiologici. Gli agenti patogeni vengono coltivati ​​dai campioni di sangue dei pazienti in laboratorio e successivamente identificati. I limiti di questo approccio sono un lungo tempo di consegna da due a cinque giorni e un basso tasso di rilevamento. Generalmente, fornisce un risultato positivo solo nel 10-30% dei casi, che rappresenta la base per il medico curante nel prendere una decisione sulla terapia. Inoltre, alcuni agenti patogeni non possono essere coltivati ​​affatto o solo in condizioni speciali, in modo che il risultato sia negativo anche se un'infezione è effettivamente presente, con conseguenze fatali per i pazienti.

Piattaforma ad alte prestazioni per il rilevamento rapido e affidabile dei patogeni

I ricercatori dell'Istituto Fraunhofer per l'ingegneria interfacciale e la biotecnologia IGB hanno stabilito qualche tempo fa una procedura diagnostica alternativa in grado di rilevare agenti patogeni di ogni tipo in modo molto più rapido e affidabile. Utilizza il sequenziamento di nuova generazione (NGS) del DNA privo di cellule circolanti microbiche (cfDNA) dai campioni di sangue dei pazienti e ha un tasso di rilevamento da cinque a sei volte migliore di quello delle tecniche basate sulla coltura.

In un processo in tre fasi consistente nella preparazione del campione, sequenziamento e valutazione bioinformatica con algoritmi diagnostici appositamente sviluppati, batteri rilevanti, virus o funghi possono essere chiaramente identificati entro 24-30 ore dal prelievo di sangue senza lunghe procedure di coltivazione. Come approccio basato su piattaforma, il metodo non è adatto solo per la diagnosi di sepsi, ma potenzialmente anche per altre malattie come l'endocardite o il liquido cerebrospinale, cioè le infezioni del fluido spinale. Inoltre, non solo la natura biologica del patogeno, ma anche la sua resistenza agli antibiotici può essere determinata, che potrebbe essere considerato per una terapia ottimale.

La convalida clinica della piattaforma diagnostica per la sepsi è attualmente in corso in uno studio multicentrico:"Ora stiamo testando la nostra procedura su larga scala in clinica, " riferisce il dottor Kai Sohn, responsabile del settore dell'innovazione "Diagnostica in vitro" presso Fraunhofer IGB, sullo stato del lavoro di ricerca. "Si tratta di 500 pazienti in 20 cliniche; praticamente tutte le principali cliniche universitarie con sede in Germania sono coinvolte. Sorprendentemente, questo studio è ben oltre il programma e quindi otteniamo un grande vantaggio." Il progetto è sostenuto dalla Fondazione Dietmar Hopp.

Diagnosi più rapida ed economica

Le tecnologie di sequenziamento si svilupperanno ulteriormente in modo che i risultati possano essere forniti ancora più velocemente e in modo più conveniente:utilizzando una delle ultime tecnologie di sequenziamento di terza generazione, il DNA microbico può essere esaminato in tempo reale durante il sequenziamento, riducendo l'identificazione del patogeno a sole sei-otto ore, a seconda della gravità dell'infezione del paziente. Ciò è stato reso possibile dal sequenziamento dei nanopori di singole molecole di DNA. "Con il sequenziamento dei nanopori otteniamo risultati ogni minuto, " spiega Sohn. "Stiamo ora aspettando il proof of concept per scoprire il tempo di consegna più breve possibile. Ma sembra fattibile che in futuro potremmo essere in grado di rilevare regolarmente gli agenti patogeni in meno di sei ore dopo il prelievo di sangue".

L'identificazione univoca degli agenti patogeni è resa possibile da calcoli matematici basati sulle informazioni di sequenza del campione del paziente:a tal fine, i ricercatori del Fraunhofer hanno sviluppato un punteggio di pertinenza, il punteggio del quantificatore di sepsi (SIQ), che confronta bioinformaticamente i dati delle persone infette con i gruppi di controllo sani e quindi li valuta. "Per questo scopo, abbiamo generato in anticipo valori di aspettativa per centinaia di diversi agenti patogeni, " riferisce Sohn. "Su questa base, ora possiamo fornire risultati in una forma simile a quella che tutti sanno dall'emocromo del proprio medico di famiglia. I nostri algoritmi supportano quindi decisioni terapeutiche rapide e adeguate. E questo potrebbe anche avere il potenziale per essere eseguito come test point-of-care direttamente nell'unità di terapia intensiva in futuro".