Schnelle Sepsis-Diagnostik
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Nukleinsäuretests und POCTs in der klinisch-mikrobiologischen Diagnostik Andreas Podbielski Inst. f. Med. Mikrobiologie, Virologie & Hygiene Universitätsklinik Rostock Notwendigkeit mikrobiologische Schnellteste – die klinische Ausgangssituation Ein aktueller Fall • 73-jähriger Japaner, seit 1 Woche in D • zunächst Nausea, perakut hohes Fieber, extreme Dyspnoe • Notaufnahme samstags 01:30 Uhr • umgehende Intubation, kalkulierte Therapie, typ. Diagnostik, ITS-Aufnahme Anruf diensthabende Ärztin • welche besondere Diagnostik ? • mit welcher Dringlichkeit ? Diagnostik nach 6 h • Mikroskopie aus BK • typischer Aspekt • Antigennachweis per Agglutination • Postexpositionsprophylaxe für Notfallteam ? 1 Sepsis – Definition Generalisierte Infektion mit Bakterien oder Pilzen in der Blutbahn sowie in einem oder mehreren Organen; Viren verursachen keine Sepsis Definition d. European Society of Intensive Care Medicine I Infektiologische Genese (mikrobiol. Nachweis od. klin. Kriterien) II Systemic Inflammatory Response Syndrome (SIRS) • Fieber / Hypothermie • Tachykardie • Tachypnoe / Hyperventilation • Leukozytose / Leukopenie / Linksverschiebung III Akute Organdysfunktion • akute Enzephalitis • arterielle Hypotension trotz adäquater Volumenzufuhr • rel. / abs. Thrombopenie ohne Blutung • arterielle Hypoxämie ohne manifeste Herz- od. Lungenerkrankung • renale Dysfunktion trotz adäquater Flüssigkeitszufuhr • metabolische Azidose SIRS (mind. 2 Kriterien aus II), Sepsis (I plus SIRS), schwere Sepsis (Sepsis plus 1 Kriterium aus III), sept. Schock (Sepsis plus arterieller BD <90mmHg f. mind. 2 h bzw. BD >90mmHg nur durch Vasopressoreneinsatz) Sepsis in Deutschland – Epidemiologie • ca. 76.000 - 110.000 Sepsisfälle/Jahr in D = ca. 250 - 350 Fälle pro 100.000 Einwohner (entspr. pro 100.000 Einwohner 196 Herzinsuffizienz-, 112 Brustkrebs-, 48 Kolon- / Rektum-Karzinom-Fälle) • ca. 50% Mortalitätsrate • 1/3 d. intensivmed. Versorgung f. Sepsisfälle • Kosten pro Fall ca. 24.000 € = ca. 2 Milliarden € pro Jahr, ca. 40% d. Intensivmedizinkosten Engel et al. 2007 Intensive Care Med 33: 606-18 2 Sepsis – Therapie und Prognose Schnelles Handeln ist überlebenswichtig ! • sofortige kalkulierte Antibiotikatherapie bei geringstem Verdacht • multiresistente u. spezielle Keime davon nicht erfasst ! • Diagnostik dient gegenwärtig zur Diagnosesicherung, Therapieanpassung bzw. -fokussierung • größtes Problem für Kliniker: Dauer aller Schritte der Diagnostik (Präanalytik, Analytik, Postanalytik) acute kidney insufficiency Bagshaw et al. 2009 Intensive Care Med 35: 871-81; Gaieski et al. 2010 Crit Care Med 38: 1045-53; Kumar et al. 2006 Crit Care Med 34: 1589-96 Sepsis - diagnostische Möglichkeiten Konventionelle Diagnostik • Mikroskopie - zu wenig sensitiv / spezifisch • Serologie - Antikörperanstieg geschieht zu spät - Antigennachweise zu wenig sensitiv, nicht umfassend kommerz. verfügbar • Kultur-gebundene Diagnostik (Methode der Wahl) - erlaubt offene Fragestellung - Teilautomatisierung Standard / Komplettautomatisierung innerhalb d. nächsten 5 J. - Resistenztestung möglich - Durchführungszeit (1,5 -) 2 (- ≥4) d 3 Sepsis - diagnostische Möglichkeiten aktuelle Trends • Nukleinsäurediagnostik (i.d.R. Amplifikation, ggf. auch Hybridisierung) • umfassende Messung d. Wirtsreaktion (z.B. via Transkriptomanalyse) - ggf. Erreger-spezifische Muster ableitbar • Point-of-care-Tests (POCTs) (div. Testformate, direkte Einzelmessungen, Einzel- u. Multiplexmessungen nach komplexer Probenaufbereitung) Sepsis Nukleinsäurediagnostik – kommerziell verfügbare Systeme • Roche SeptiFast rRNA Gene von 10 Gram-neg., 9 Gram-pos. Bakterien, 6 Pilzen, 3 Resistenzgene • SIRS Lab VYOO rRNA Gene von 15 Gram-neg., 13 -pos. Bakt., 6 Pilzen, Pan-Pilz-PCR, 5 Res.gene • Molzym SepsiTest qPCR – Kits für selektive Extraktion bakt. DNA, DNA-freie PCR Reagenzien; Identifizierung durch Amplifikat-Sequenzierung nicht im Kit • QIAplex PCR + LiquiChip Workstation • Evaluation bisher nur für SeptiFast, (SepsiTest) Technische / Ökonomische Daten • PCR direkt aus Blut • ca. (90 -) 250 - 400 € Sachkosten, 40 - 60 € Personalkosten pro Analyse Benefit • 3 - 6 (- 18) h Bearbeitungs-/Analysezeit • prinzipiell vollautomatisierbar • funktioniert auch in Gegenwart von Antibiotika (Sensitivitätsgewinn) • weniger anfällig für Koag.-neg. Kontaminanten (?, SeptiFast) 4 Sepsis Nukleinsäurediagnostik – kommerziell verfügbare Systeme Methoden-bezogene Probleme • (beschränkt. Keimspektrum nachweisbar), keine Aussage z. Erregervitalität BK weiter notwendig • kein Antibiogramm, dito • Sensitivität bzgl. BK ca. 87%, Spezifität ca. 90% • hohe Leukozytenzahlen stören (SeptiFast) • Ergebnis Lagertemperatur-abhängig • Gefahr falsch pos. Befunde durch Laborkontamination • nur 5-10 % der Untersuchungen zum Nachweis von Sepsis-Erregern erbringen Nachweis • Palette teurer Geräte notwendig • zusätzl. Kosten, z.Zt. keine DRG-Abbildbarkeit d. Methode • systematische Kosten-Nutzen-Erfassung fehlt noch Sepsis Nukleinsäurediagnostik – kommerziell verfügbare Systeme Übergeordnete Probleme • reine PCR im Nachweisspektrum extrem beschränkt • 3-6 h Analysezeit immer noch zu lang ! Präanalytik • Prozessierungs- / Analyseautomaten ITS-fern lokalisiert • damit zusätzlich Materialtransportorganisation u. -zeiten Analytik • Arbeitsorganisation im Labor - tägl. Testansatzzeiten im Labor (Serienlängen) ? - aufschiebende Auswirkung auf andere Tests ? - Testdurchführung auch nachts / an Wochenenden / Feiertagen ? Postanalytik • Befundrückführung - telefonisch / elektronisch ? • Umsetzung in therapeutische Entscheidungen - kompetentes Personal vorhanden ? 5 Schnelle Sepsis-Diagnostik – ernstzunehmende Konkurrenz Massenspektrometrie Identified species Bacillus subtilis MALDI BioTyper Pattern Matching Generate MALDI-TOF profile spectrum Profiling results from different Bacillus strains a.i. 6000 4000 Transfer a thin-layer onto a MALDI target plate Select a colony 2000 0 -2000 -4000 Unknown microrganism -6000 B. globigii B. licheniformis B. subtilis B. thuringiensis ? Schnelle Sepsis-Diagnostik – ernstzunehmende Konkurrenz Massenspektrometrie Probleme • (Kurz-)Kultur Voraussetzung • Resistenzaussagen und Quantifizierungen fehlen noch Benefit • extrem breite Bakterien-/Pilz-Differenzierung (> 1.000 Arten, wachsende Datenbank) • extrem schnell (ca. 4 + 4 min. Vorbereitung, 1 min. Analyse) • „preiswert“ (Einzelanalyse ca. 10 cent, Gerät ca. 166.000 €) • auf alle Ausgangsmaterialien anwendbar • in Automatenstrassen einbindbar • ggf. Stammerkennung (Epidemiologie, MRE) Aktuelles Vorgehen • kurze (2 - 3 h) Vorkultur aus Blut / Urin • Analytik → Spezies ≤ 1 d • in parallele orientierendes Antibiogramm ≤ 1,5 d 6 Schnelle Sepsis-Diagnostik – zukünftige Konkurrenz ? Messung der Wirtsreaktion Grundlagen • Spektrum d. Wirtsreaktion stark Erreger-assoziiert • Schadensausmaß maßgebl. durch Muster u. Stärke d. Wirtsabwehr bedingt aktuell verfügbare Methoden • Chip-Hybridisierung • deep sequencing RNA-Analysen Probleme • Reaktionsmuster noch unzureichend bekannt • punktgenaue Therapie für Interferenz mit Wirtsreaktion nicht verfügbar • arbeitsaufwändig, unzureichend automatisiert • teuer (> 1.000 €) Prognose bzgl. zukünftigem Stellenwert • derzeit unsicher Schnelle Sepsis-Diagnostik – aktueller Status alle neben der konventionellen Diagnostik verfügbaren Methoden - erlauben nur eine beschränkte Aussage - leiden unter logistischen Problemen - sind nicht ausreichend schnell genug sind POCTs die Antwort ? 7 Schnelle Sepsis-Diagnostik – Point-of-care testing (POCT) eigentlich ein sehr altes Prinzip Mikrobiologisches POCT - was geht und was gibt es heute ? • Mikroskopische Verfahren – dezentral-stationär • Serologische Verfahren – hand-held und dezentral-stationär (Agglutination, ELISA, Opto-Immuno-Assay, flow-through / lateral-flow Technik) • Nukleinsäure Nachweisverfahren – (hand-held und) dezentral-stationär • Kulturverfahren – (dezentral-stationär) 8 POCTs für die schnelle Sepsis-Diagnostik denkbarer Benefit • Messung am Patientenbett / auf Station durchführbar → Transportprobleme / Wegezeiten entfallen • für Nukleinsäurediagnostik prinzipiell geeignet • Cartridge-Lösung verfügbar → keine Spezialkenntnisse zur Durchführung erforderlich • Miniaturisierung ermögl. prinzipiell Beschleunigung d. Testdurchführung • Durchführung ggf. in Händen des Therapieentscheiders → Latenzzeiten f. Umsetzung d. Messergebnisses entfallen → ggf. als Vorlauf zur Therapieentscheidung einsetzbar POCTs für die schnelle Sepsis-Diagnostik Probleme • komplexe Materialbearbeitung erforderlich, (universell) bisher technisch nicht (überzeugend) gelöst • im Fall von Materialbearbeitung keine POCT im aktuell. Sinne d. RiliBÄK • i.d.R. Einzeltests - nur für gezielte Fragestellungen • Leistungsfähigkeit einzelner Test - i.d.R. geringer als im Labor • geschultes Personal notwendig / vorhanden ? • Integration in Arbeitsorganisation ? • Kosten ! (konventionelle Diagnostik läuft weiter !) / Abrechnung ? 9 POCTs für die schnelle Sepsis-Diagnostik ggf. kann ein POCT mit geringerer Sensitivität / Spezifität / Reliabilität aufgrund des schnell verfügbaren Ergebnisses für das Patientenwohl besser geeignet sein als ein leistungsfähigerer Labortest, dessen Ergebnis erst am nächsten Tag zur Verfügung steht POCTs für die schnelle Sepsis-Diagnostik noch mehr Probleme • Arbeitssicherheit (Risikogruppe S2 – S4 Organismen !) • Protokollierung ? Dokumentenlenkung nicht banal (z.B. Integration in Patientenakte, Protokollverwahrfristen entspr. MPG) • Qualitätssicherung teilweise technisch nicht gelöst, ansonsten nicht auf Laborniveau leistbar (Ringversuche ?) • wer trägt juristische Verantwortung für gesamten Prozess ? 10 die Alternative: mikrobiologische Schnelldiagnostik in zentraler Laborplattform Vorteile • alternative Methoden verfügbar, ausreichende Breite d. Diagnostik gewährleistet • Fachpersonal - zumindest bisher verfügbar • Fokussierung auf diese Tätigkeit - dito • biologisches Containment gewährleistet • Dokumentation - gut und weiter optimierbar • Qualitätsmanagement - ist Standard • vernünftige Serienlängen - akzeptable Kosten, ggf. Optimierungsreserven die Alternative: mikrobiologische Schnelldiagnostik in zentraler Laborplattform Probleme • Integration der Schnelltests in Arbeitsabläufe des Labors • Einflussgrößen: Zeitpunkt Materialgewinnung, Transportfrequenz, bezahlbare Serienlängen, Regelarbeitszeiten im Labor • Integration der Befunde in Patientenversorgung • Einflussgrößen: Personal in beauftragender Institution zur therapeutischen / pflegerischen Umsetzung vorhanden ? und willens ? 11 Mikrobiologische Schnelldiagnostik – Beispiel MRSA-Problematik • Kosten pro Patient 6.000-8.000 €, Erstattung via OPS 8-987 ca. 25(-40)%; • adäquate Überwachungsstrategie (Erkennung des Keimträgerstatus durch Abstriche) kann - nosokomiale Übertragungen minimieren, - Therapie frühzeitig lenken aber Abstriche haben ihren Preis … Mikrobiologische Schnelldiagnostik – Beispiel MRSA-Problematik Kulturbasierte Verfahren • Standardkulturverfahren • Kultur mit chromogenen Medien • 3M BacLite rapid MRSA-Test Dauer [h] Personalaufwand Komplexität 48-72 24-48 5 niedrig niedrig niedrig niedrig niedrig niedrig 4-6 2,5-4 2,5-6 2,5-6 1,5 hoch hoch hoch mittel niedrig hoch hoch hoch mittel niedrig Molekularbiologische Verfahren • • • • • Hyplex Staphyloresist (BAG) GenoQuick MRSA (Hain) Lightcycler MRSA (Roche) IDI MRSA Assay Xpert MRSA (Cepheid) 12 Mikrobiologische Schnelldiagnostik – Beispiel MRSA-PCR Ausgangssituation mecA-Genomkassette als target, diverse kommerzielle Anbieter vorhanden, mehrere Evaluationen publiziert Technische Daten PCR direkt aus Patientenmaterial / Kulturmaterial möglich, verschiedene Formate inkl. Real-time, (1-)3-6 h Bearbeitungs-/Analysezeit, ca. 25 € pro Analyse Benefit Bestätigung Abwesenheit von MRSA innerhalb eines (halben) Tages Probleme - Integration in Arbeitsorganis. (wann werden Abstriche genommen, wie lange gesammelt, bis wann / wie häufig in Diagnostik eingeschleust, wem Befund wie gemeldet, bis wann Isolierungsstatus geändert); - Erkennungslücke f. mecA-Genomkassette 5-20%, kein Resistogramm momentan zusätzlich konventionelle Kultur-gebundene Diagnostik unerläßlich (ca. 9 € neg. / 24 € pos. Nachweis) POCTs – sinnvolle Zukunft In der Klinik – Nachweis von • Erregern der Sepsis bis auf Speziesebene • Erregern system. Infektionen bis Ordnungsebene • jeweils in Kombination mit Nachweis häufiger Antibiotikaresistenzen • Erregern tiefer Atemwegsinfektionen • Influenza-, Herpes-, ggf. MMR- Viren • Pilzen (Candida, Aspergillus, ggf. andere Schimmelpilze) In der Arztpraxis – Nachweis von Erregern • oberer Atemwegsinfektionen • gynäkologischer Infektionen • von Haut- u. Weichteilinfektionen Als POCT aktuell nicht sinnvoll – Nachweis von Erregern • von Harnwegsinfektionen (kalkulierte Therapie greift i.d.R.) • der Tuberkulose (geringe Akuität der Erkrankung) 13 nicht unbedingt als POCTs, aber als Schnelltests dringend gebraucht Biofilmanalytik • Vorhandensein entscheidend für therapeutisches Vorgehen • Technik f. in situ Nachweis fehlt, 1. Generation Resistenztestungsautomaten verfügbar Mikrobiomanalysen • akute Infektion ggf., chronische Infektion i.d.R. Störung der lokalen Mikroökologie • systemanalytische Daten fehlen noch, danach vollkommen neue Zielparameter und Referenzwerte möglich POCTs – rechtliche Basis Deuschland • Paul-Ehrlich-Institut (PEI) prüft nur im Anhang II IVD-Richtlinie gelistete Tests mit Notwendigkeit einer CE-Markierung durch „benannte Stelle“ (HIV, Hepatitis) • alle anderen Tests mit CE-Kennzeichnung, aber ohne unabhängiges Prüfungs- / Zulassungsverfahren USA • Zulassung nach CLIA-Kriterien (clinical laboratory improvement act) • POCTs „moderate complex“ nur durch akkreditierte Labors; „waived“ auch durch Laien 14 POCTs – Qualitätssicherung • RiliBÄK (Richtlinien der Bundesärztekammer) - Teil A fordert für alle Laboratoriumsuntersuchungen ein QMS - Teil B1 - exakte Details f. quantitat. Untersuchungen inkl. Dokumentation - Teil B2 - exakte Details für qualitative klin.chem. Untersuchungen - Teil B3 - exakte Details für mikrobiolog. Untersuchungen - in 2012 ? • mikrobiolog. POCTs: in Arztpraxen - bisher keine Ringversuch-Teilnahme; - in Kliniken bisher kaum passende Ringversuche verfügbar • Einführung POCTS - in Arztpraxen in Verantwortung des Betreibers - in Kliniken entspr. DIN EN ISO 22870 nach Entscheidung d. POCT-Kommis. - nach Würdigung d. klin. Nutzens, d. finanziellen Auswirkungen, d. techn. Durchführbarkeit u. d. Integrierbarkeit in Funktionsabläufe sowie - nach fachl. Bewertung d. Geräte u. Festlegung von Verantwortlichkeiten u. Befugnissen POCTs – Kosten und Erstattung GOÄ • Antigen / -körpernachweise bisher abrechenbar (einfacher Satz: 5,50 € Agglutinationsassay, 14,57 € Ligandenassay) • Nukleinsäurenachweise je nach Umfang (Art d. Aufreinigung, reverse transkriptase Schritt, Art d. Detektion, 99,09 - 128,23 €) • Reform steht unmittelbar bevor, Tendenz zu geringerer Erstattung EBM • serologische POCTs nicht abgebildet (Ausnahme S. pyogenes Nachweis bis 16. Lebensjahr 2,55 €) • Nukleinsäurenachweise 16,50 € f. wenige def. Parameter (Ausnahmen: Chlamydia trachomatis 20,50 €, HBV/HCV quant. 89,50 €, HIV quant. 112,50 €, HPV 30,40 €, Mtb 61,40 €) • zukünftige Politik unklar freier Markt • aktuell: Reisemedizin, Veterinärmedizin, Lebensmittel- u. Umweltanalytik • zukünftig: Laienmedizin 15 POCTs – Kosten und Erstattung POCTS lohnen sich ökonomisch derzeit in der Klinik nicht, da unzureichend erstattet und umfassende Laborstrukturen sowie technisch überlegene Tests weiter vorgehalten werden müssen; in der ambulanten Versorgung i.d.R. wg. mangelnder Erstattung nicht bzw. nur dann, wenn auf technisch überlegene Tests verzichtet wird auf dem freien Markt je nach verhandelter Erstattung ggf. Literatur: Hartinger 2011 Schnellteste in der Mikrobiologie. Mikrobiologe 21: 52-8; Junker et al. 2010 Patientennahe Labordiagnostik in Klinik und Praxis. Dt. Ärztebl. 107: 561-7; Stürenburg & Junker 2009 Point-of-care-testing in microbiology. Dt. Ärztebl. 106: 48-54 POCTs – Lifestyle- und Laienanwendungen Wartezeit „a“symptomat. Pat. (UK) auf Arzttermin: 2-3 Wo.; vs. no appointment session, nur Pflegepersonal; sofortige Inspektion, Screening STD-Erreger, Ergebnis spätestens nach 48 h Fa. CS Common Sense (Israel); Pantyliners mit Indikator-Polymeren, z.B. pH mit Nitrazin-Gelb; VI-Sense f. BV / Trichomoniasis-Detektion durch symptomatische Laien 16 Nukleinsäuretests und POCTs für die infektiologische Diagnostik – wo geht die Reise hin ? Nukleinsäuretests und POCTs in der klinisch-mikrobiologischen Diagnostik Vielen Dank für Ihr Interesse Andreas Podbielski Inst. f. Med. Mikrobiologie, Virologie & Hygiene Universitätsklinik Rostock 17
