Опубликовано : Май 27, 2020

Новая система тестирования предсказывает результаты септического шока

пробирка
                Кредит: CC0 Public Domain

Более 1,7 миллиона американцев заболевают сепсисом каждый год, и более 270 000 умирают от него. Состояние, которое возникает, когда организм реагирует на бактериальную или вирусную инфекцию, вызывая цепную реакцию, которая может привести к повреждению органов и смерти, имеет несколько стратегий лечения.
                                                                                       

Это то, что Савас Тай обнаружил несколько лет назад, когда его мать умерла от сепсиса. «Я узнал, что они мало что могут сделать для реального мониторинга и диагностики этих пациентов», — сказал Тэй, доцент молекулярной инженерии в Притцкерской школе молекулярной инженерии (PME) в Чикагском университете. «Хороший процент из них в конечном итоге умрет, что недопустимо, учитывая высокое качество услуг, врачей и методов лечения, которые у нас есть. Я был отчасти в ярости от этой ситуации».

Так что Тай решил что-то с этим сделать. Теперь он и его сотрудники разработали новый, чрезвычайно чувствительный метод, который может определять количество бактерий, генов, устойчивых к антибиотикам, и уровней иммунных молекул у пациентов с сепсисом, гораздо быстрее, чем современные протоколы.

Развертывая эти тесты с интервалами, исследователи также обнаружили, что значение имеют не абсолютные уровни этих маркеров, а изменение уровней. Используя машинное обучение, они точно предсказали, какие пациенты с сепсисом выздоровеют быстрее, выздоровеют позже или в конечном итоге уступят состоянию. Эта информация может в конечном итоге помочь врачам диагностировать и лечить пациентов более индивидуально.

«Наши результаты дают новый подход к диагностике сепсиса с возможностью раннего выявления причинного возбудителя», — сказал Гохан Мутлу, профессор медицины и начальник отделения пульмонологии и интенсивной терапии в Университете Чикаго и соавтор исследования. , «Это позволит нам использовать соответствующие антибиотики раньше, чем станут доступны результаты культивирования, и свести к минимуму использование антибиотиков, необходимых для лечения инфекции. Комбинируя данные, связанные с патогеном и реакцией хозяина, мы можем прогнозировать результаты у пациентов с сепсисом. «

Результаты были опубликованы 25 мая в журнале Nature Communications.

Понимание того, как лечить сепсис

Поскольку сепсис часто вызывается микробными инфекциями, его обычно сначала лечат антибиотиками. Лечение должно происходить быстро — любая задержка в приеме правильных антибиотиков увеличивает шансы смерти пациента. Но врачи часто не уверены, какие бактерии вызывают инфекцию, и выращивание культур для выявления бактерий может занять несколько дней.

Даже если врачи могут лечить инфекцию напрямую, это может привести к усилению иммунного ответа организма. Атакуя патогены, иммунная система может выделять слишком много белков иммунной системы, называемых цитокинами, которые в конечном итоге могут подавить организм и убить пациента. Противовоспалительные препараты могут помочь в этом, но часто врачи не знают, когда происходит этот «цитокиновый шторм», пока не стало слишком поздно.

«У иммунной системы есть газ и тормоз», — сказал Тай. «Вам нужен газ, чтобы убить патогенные микроорганизмы, но вам нужен тормоз, чтобы не допустить воспаления и не навредить пациенту. Во всем этом время имеет решающее значение. Мы хотели знать, можем ли мы контролировать бактериальную нагрузку и цитокины на и следить за их изменениями, чтобы лучше понять, кто должен получать определенные виды лечения. «

Создание чрезвычайно чувствительного теста

Тей, эксперт в области анализа отдельных клеток и микрофлюидики, и его команда разработали тест цифровой полимеразной цепной реакции (ПЦР), в котором используются цифровые методы анализа близости, чтобы количественно определить уровни определенных генов и белков в крови.

В частности, в тесте используется образец крови для анализа на грамотрицательную (GN) и грамположительную (GP) бактериальную ДНК, которой много у пациентов с сепсисом. Он также проверяет уровни белков IL-6 и TNF, цитокинов, которые иммунная система выделяет, чтобы атаковать патогены. Кроме того, он проверяет ген blaTEM, который означает устойчивость к антибиотикам.

Тест чрезвычайно чувствителен — способен количественно определять очень небольшие изменения концентраций этих молекул — и дает результаты в течение нескольких часов. Тей работал с пульмонологами в Чикагском университете медицины, чтобы опробовать тест на образцах от септических пациентов.

Исследователи брали пробы один раз в день в течение двух дней у 32 пациентов и проверяли их уровень бактерий и белка. Они обнаружили, что уровень бактерий в живых пациентах со временем снижался.

Однако почти у каждого умершего пациента уровень ИЛ-6 увеличивался в течение всего времени пребывания в больнице. Даже пациенты, у которых изначально был низкий уровень бактерий, по-прежнему умирали, если их уровни IL-6 повышались, показывая, что иммунная система потенциально перегружена и атакует их собственное тело.

Несмотря на то, что ранее IL-6 считался основным биомаркером при сепсисе, предыдущие исследователи не осознавали, что именно изменение уровней, а не сами уровни, предсказывало этот результат.

Кроме того, исследователи обнаружили нескольких пациентов с геном, который указывает на устойчивость к антибиотикам, что было бы полезной информацией для лечащих их врачей.

«Сепсис проявляется по-разному у каждого человека, поэтому наличие такого теста, чтобы пролить свет на это изменение, могло бы однажды использоваться провайдерами для определения, какие пациенты могут лучше реагировать на определенные виды лечения или вмешательства», — сказала Криста Вулф, пульмонолог и доцент медицины в Чикаго, а также соавтор исследования.

Используя алгоритмы машинного обучения, исследователи могли в конечном итоге использовать эти биомаркеры для прогнозирования того, кто из них выздоровеет рано, выздоровеет поздно или умрет с почти 100% точностью.

«Внезапно у нас появился этот метод, который позволяет нам по-настоящему понять, как эти пациенты добьются успеха», — сказал Тай. «Если есть пациенты, которые будут плохо себя вести, то вы можете начать лечить этих пациентов по-разному, возможно, с помощью лекарств, которые помогут блокировать иммунную систему от чрезмерных выбросов».

Распространение теста на другие заболевания

Прямо сейчас тест проводится в лаборатории, но Тэй и его группа разрабатывают машину, которая может быстро тестировать образцы на месте в отделениях интенсивной терапии. Они приступают к клиническим испытаниям и надеются расширить тест, включив в него большее количество групп бактерий, помимо уровней GN и GP, чтобы помочь врачам лучше понять, какие антибиотики необходимы для снижения устойчивости к антибиотикам.

Этот тест также может быть распространен на другие инфекции, при которых цитокины могут настигать организм, включая вирусные инфекции, такие как COVID-19.

«Такой быстрый тест необходим во многих ситуациях и может реально изменить игру для лечения сепсиса», — сказал Тай. «Это болезнь, которая может убить всех, независимо от вашей ситуации».

Spread the love

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *