Acelerando a identificação de patógenos em bebês e crianças com infecções da corrente sanguínea

Uma equipe colaborativa liderada por pesquisadores do Great Ormond Street Institute of Child Health (GOSH), Londres, e incluindo pesquisadores do Wyss Institute for Biologicamente Inspired Engineering da Harvard University e da BOA Biomedical em Cambridge, reprojetou o processo de identificação de patógenos microbianos no sangue amostras de pacientes pediátricos com sepse usando a tecnologia de captura de patógenos de amplo espectro FcMBL do Wyss Institute. O avanço permite a detecção precisa de patógenos com uma combinação de sensibilidade e velocidade sem precedentes e pode melhorar significativamente os resultados clínicos de pacientes pediátricos e idosos com infecções da corrente sanguínea (BSIs) e sepse. As descobertas foram publicadas em PLoS ONE.

BSIs com vários patógenos microbianos podem evoluir rapidamente para sepse com risco de vida quando o corpo é dominado pelos invasores que se multiplicam e desliga as funções de seus órgãos. Em 2017, houve 48,9 milhões de casos e 11 milhões de mortes relacionadas à sepse em todo o mundo. É importante ressaltar que quase metade de todos os casos globais de sepse ocorreu entre crianças, com uma estimativa de 20 milhões de casos e 2,9 milhões de mortes globais em menores de cinco anos de idade.

Para evitar que as BSIs evoluam para sepse total, a bactéria causadora de infecção ou espécies fúngicas devem ser identificados o mais rápido possível. Somente então tratamentos antibacterianos ou antifúngicos otimizados sob medida para patógenos podem ser aplicados a tempo. O método convencional utilizado em laboratórios clínicos para identificar as espécies patogênicas causadoras é longo e trabalhoso, exigindo duas demoradas cultura etapas que levam pelo menos 1 a 3 dias para serem concluídas.

“Para todos os pacientes com sepse, suas chances de sobreviver diminuem drasticamente quanto mais tempo leva para identificar o(s) patógeno(s) causador(es) da infecção e, assim, receber o tratamento antimicrobiano mais promissor”, disse Nigel Klein, MD, Ph.D., pls , professor de doenças infecciosas e imunologia na GOSH e autor sênior do estudo. “No Great Ormond Street Hospital, trabalhamos para demonstrar a importância do diagnóstico rápido e o fato de que, com abordagens inovadoras, podemos identificar o organismo causador entre 40 minutos e seis horas. Em comparação com pacientes adultos, a sepse em bebês e crianças pequenas progride muito mais rápido e, portanto, há uma necessidade real de métodos de diagnóstico que apoiem a detecção precoce. O diagnóstico preciso é ainda mais significativo devido à disponibilidade de apenas pequenos sangue volumes de pacientes pediátricos que podem tornar a reamostragem desafiadora.”

Em 2020, os autores seniores Klein e Elaine Cloutman-Green, Ph.D., Cientista Clínico Consultor e Médico de Controle de Infecções da GOSH, começaram a colaborar com o Cientista Principal Michael Super, Ph.D. e Diretor Fundador Donald Ingber, MD, Ph.D. no Wyss Institute de Harvard para resolver este problema. “Com base em nosso sucesso anterior com FcMBL no isolamento de patógenos de articulações, bem como bovinos e Sangue humano com eficiências extraordinárias, levantamos a hipótese de que a construção de uma captura de patógeno mediada por FcMBL em um protocolo de cultura de sangue clínico modificado poderia encurtar o tempo e reduzir o tamanho das amostras de pacientes necessárias para produzir os mesmos resultados que os protocolos de cultura de sangue demorados fornecem “, disse Super.

No processo de identificação de patógenos atualmente realizado em ambientes clínicos, primeiro, amostras de sangue são adicionadas a frascos contendo meios líquidos nos quais os micróbios infecciosos, se presentes, são amplificados até uma certa densidade. Em seguida, os micróbios amplificados são cultivados em meio sólido como colônias isoladas cujas células constituintes eventualmente podem ser identificadas com um método analítico altamente sensível, mas rápido e relativamente barato, conhecido como espectrometria de massa MALDI-TOF (MS). “De fato, isolar os micróbios infecciosos diretamente de culturas de sangue líquido cultivadas usando FcMBL os torna disponíveis para análise MALDI-TOF MS muito mais cedo”, acrescentou Super.

FcMBL é o componente chave de uma tecnologia de captura de patógenos de amplo espectro. Consiste em uma proteína imunológica humana geneticamente modificada chamada lectina de ligação à manose (MBL) que é fundida ao fragmento Fc de uma molécula de anticorpo para produzir a proteína FcMBL resultante. Nesta configuração, a porção MBL do FcMBL pode capturar mais de 100 espécies microbianas diferentes com alta eficiência, incluindo praticamente todos os patógenos bacterianos e fúngicos que causam sepse. A porção Fc do FcMBL pode ser usada para acoplá-lo a esferas magnéticas, permitindo que os patógenos capturados sejam rapidamente retirados de amostras de pacientes e hemoculturas líquidas.

Nos estágios iniciais do projeto, a equipe Wyss forneceu FcMBL purificado com esferas à equipe GOSH, que teve acesso a amostras de sangue de pacientes pediátricos no hospital. Em estágios posteriores, a empresa de sepse e doenças infecciosas BOA Biomedical, co-fundada por Super e Ingber para comercializar a tecnologia FcMBL do Wyss Institute, forneceu o reagente FcMBL e experiência crítica para o projeto. Enquanto isso, a BOA Biomedical desenvolveu as capacidades de fabricação para FcMBL que a Food and Drug Administration (FDA) nos EUA e outras agências federais de saúde exigem para a produção de produtos terapêuticos e de diagnóstico.

“A sepse é a principal causa de morte em hospitais, e iniciar rapidamente o antibiótico certo salva vidas. Usando o trabalho originalmente desenvolvido no Wyss Institute, a revolucionária tecnologia FcMBL da BOA Biomedical ajuda a identificar com rapidez e precisão o patógeno causador da sepse, inaugurando uma nova era de terapia antimicrobiana para ajudar pacientes individuais e reduzir o problema mortal de resistência antimicrobiana da sociedade”, afirmou Mike McCurdy, MD, diretor médico da BOA Biomedical.

Além de usar a cultura de sangue em duas etapas padrão-ouro em combinação com a identificação do patógeno MALDI-TOF MS, a equipe também incluiu o kit MBT Sepsityper da Bruker Corporation como comparação. Lançado no mercado em 2021, o MBT Sepsityper essencialmente elimina a demorada segunda etapa da cultura microbiana, lisando células microbianas da cultura líquida e girando os fragmentos em uma centrífuga antes de analisá-los por análise de espectrometria de massa MALDI-TOF. Embora acelere o processo diagnóstico geral, o método MBT Sepsityper produz taxas de detecção microbiana mais baixas do que as obtidas com o método de cultura convencional, o que significa que ainda pode falhar na identificação do patógeno causador da infecção em uma fração significativa de amostras de sangue.

“Nossa abordagem FcMBL abriu a oportunidade de identificar organismos patogênicos para orientar o tratamento 24 a 48 horas antes do que seria possível usando técnicas de cultura padrão. Também nos permitiu usar essa identificação para tornar qualquer cultura em andamento para sensibilidade a antibióticos mais adaptada para as necessidades do paciente. Este método não está vinculado a uma plataforma ou fabricante específico e, portanto, vemos um claro potencial para que ele se torne uma nova etapa de processamento padrão para a detecção clínica de patógenos”, disse Cloutman-Green.

“O método FcMBL identificou 94,1% das espécies microbianas encontradas na análise clínica de hemocultura com amostras de 68 pacientes pediátricos”, disse o primeiro autor Kerry Kite, que realizou seu trabalho de pós-graduação com Klein e Cloutman-Green. “Fomos capazes de identificar mais espécies infecciosas em hemoculturas líquidas positivas usando o método FcMBL do que com o método MBT Sepsityper (25 de 25 vs 17 de 25), e essa tendência foi ainda mais pronunciada no caso do patógeno fúngico comum Cândida (24 de 24 contra 9 de 24).” Cândida espécies representam cerca de 5% de todos os casos de sepse grave e são o quarto patógeno mais comum isolado da corrente sanguínea de pacientes nos Estados Unidos. Não só as infecções com Cândida e outros fungos requerem tratamentos antifúngicos específicos, a distinção entre os vários tipos de fungos patogênicos ajuda a direcionar a terapia antimicrobiana apropriada. Especificamente em unidades de terapia intensiva neonatal, Cândida As infecções são uma das principais causas de morbidade e mortalidade, matando até 40% das crianças e muitas vezes causando deficiências no desenvolvimento neurológico naqueles que sobrevivem.

“Ao adaptar continuamente a poderosa tecnologia de captura de patógenos FcMBL às necessidades de diagnóstico não atendidas e prementes, como o diagnóstico rápido de sepse em pacientes pediátricos, esperamos alterar profundamente as perspectivas frequentemente sombrias de pacientes de todas as idades”, disse Ingber. “Nosso objetivo final é ser capaz de identificar patógenos com precisão e ainda mais rapidamente diretamente em pequenas amostras de sangue, sem a necessidade de quaisquer culturas microbianas adicionais”. Ingber também é o professor Judah Folkman de biologia vascular na Harvard Medical School e no Boston Children’s Hospital, e o professor Hansjörg Wyss de engenharia bioinspirada na Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences.