< Terug naar vorige pagina

Project

Implementatie van klinische bacteriologie in "low-resource settings": een nieuwe blik op oude technieken


Antimicrobiële resistentie is een wereldwijde bedreiging voor de volksgezondheid. Low-resource settings worden onevenredig zwaar belast door de hoge incidentie van infectieziekten en de hoge resistentiecijfers, hoewel representatieve gegevens over antimicrobiële resistentiecijfers in low-resource settings schaars zijn. Bovendien wordt antimicrobiële resistentie in deze settings verergerd door een gebrek aan diagnostische instrumenten om bacteriële infecties correct te diagnosticeren, wat leidt tot een suboptimaal gebruik van antibiotica. De diagnose van bacteriële infecties en de bewaking van antimicrobiële resistentie zijn beide afhankelijk van laboratoria voor klinische bacteriologie, die in de meeste gevallen onvoldoende zijn uitgerust, onderbemand en ondergefinancierd. De kloof tussen high-resource en low-resource wordt breder: high-resource settings hebben toegang tot nieuwe technologie die een optimale workflow, automatisering en snelle resultaten mogelijk maakt, terwijl low-resource settings vaak nog gebruik maken van traditionele technieken die meer dan 50 jaar geleden zijn ontwikkeld. De meeste van deze nieuwere technologieën liggen buiten het bereik van low-resource settings wegens de hoge kosten, de hoge onderhoudsvereisten en de ontoereikende aanpassing aan de barre milieuomstandigheden. Traditionele bacteriologische technieken hebben het voordeel dat ze beter bestand zijn tegen deze omstandigheden en betaalbaarder zijn, maar er zijn weinig studies die het optimale gebruik ervan in een omgeving met weinig middelen evalueren.

Zowel volwassen als pediatrische formuleringen van deze flessentypes werden geëvalueerd. Een totaal van 177 klinische isolaten die pathogenen vertegenwoordigen uit lage-resource settings werden geënt in drie types bloedkweekflessen (Bi-State, Autobio & BacT/ALERT FA Plus en PF Plus, bioMérieux).De opbrengst van de handmatige bloedkweekflessen was vergelijkbaar met die van het geautomatiseerde systeem (95,9% en 95,5% voor de handmatige bloedkweekflessen, versus 96,1% voor het geautomatiseerde systeem). Groei gedetecteerd op dag 1 was aanwezig in 90,7% van de positieve Bi-State flessen en 75,0% van de manuele BacT/ALERT flessen; voor het geautomatiseerde systeem was 99,2% van de positieve flessen op dat tijdstip gedetecteerd. Voor Bi-State flessen trad de groei meestal gelijktijdig op in bouillon en slant (81-7%). Voldoende koloniegroei op de slant om verdere tests uit te voeren was slechts in 44-1% en 59-0% van de bifasische flessen aanwezig op respectievelijk Dag 2 en Dag 3. Blinde subcultuur genereerde kolonies op Dag 2 bij respectievelijk 99-7% van de positieve Bi-State en 99-2% van de positieve manuele BacT/ALERT flessen. De conclusie is dat de Bi-State bloedkweekflessen beter presteerden dan de manuele BacT/ALERT flessen, maar dat de agar slant geen snellere detectie of snellere koloniegroei mogelijk maakte. Tijd tot detectie voor handmatige bloedkweeksystemen loopt nog steeds achter op die van geautomatiseerde systemen. 

In hoofdstuk 2 evalueerden we het MicroScan bacterieel identificatiesysteem (Beckman Coulter) voor het Mini-Lab project. Dit identificatiesysteem bestaat uit een Gram-positief (PID3) en Gram-negatief (NID2) panel. Voor het Mini-Lab project combineerde de fabrikant beide panels op één plaat.  Deze panels werden geëvalueerd met 367 klinische isolaten. De robuustheid werd bestudeerd door Gram-negatieve soorten te enten op het Gram-positieve paneel en vice versa, en door soorten te enten die niet in de MicroScan-databank vertegenwoordigd zijn. De bruikbaarheid van de panels en de leesbaarheid van de gebruiksaanwijzing (IFU) werden geëvalueerd. Van de soorten die in de Microscan-databank vertegenwoordigd waren, werden 94,6% (185/195) van de Gram-negatieve en 85,9% (110/128) van de Gram-positieve isolaten correct geïdentificeerd tot op soortniveau. Van de soorten die niet in het gegevensbestand vertegenwoordigd waren (bv. Streptococcus suis en Bacillus spp.), werd 53,1% van de 49 isolaten foutief geïdentificeerd als niet-verwante bacteriesoort. Testen van Gram-positieve isolaten op Gram-negatieve panels en vice versa (n = 144) resulteerden in foute identificaties voor 38,2% van de geteste isolaten. De leesbaarheid van de IFU werd te hoog geacht voor LRS. Het inoculeren van de panels werd positief beoordeeld, terwijl het visueel aflezen van de panels als foutgevoelig werd beschouwd. Concluderend kan worden gesteld dat de nauwkeurigheid van de MicroScan-identificatiepanelen uitstekend was voor Gram-negatieve soorten en goed voor Gram-positieve soorten. Verbeteringen in stabiliteit, robuustheid en gebruiksgemak zijn geïdentificeerd om aanpassing aan LRS-beperkingen te verzekeren.  

De concepten van traditionele technieken voor lage-resource settings werden in de praktijk gebracht in Hoofdstuk 3. In Cambodja evalueerden we de optimale timing voor blinde subcultuur in een handmatig bloedkweeksysteem (BacT/ALERT flessen visueel geëvalueerd). Een aëroob/anaëroob bloedkweekpaar werd vervangen door twee aërobe flessen en een blinde subcultuur werd vervroegd van dag 3 naar dag 2 van incubatie. Twee jaar later werd dit verder gevorderd tot dag 1 van incubatie. Tijdens de onderzoeksperiode werden 9760 bloedkweken afgenomen. Het percentage kweken met pathogene groei daalde van 9,6% tot 6,8% na de implementatie van de laboratoriumwijzigingen (p<0,001). Het vervroegen van de blinde subcultuur van dag 3 naar dag 2 leidde tot een verhoogd aandeel gedetecteerde pathogenen op dag 3 (92,8% versus 82,3%; p<0,001); voor Burkholderia pseudomallei, een belangrijke pathogeen in deze setting, was deze toename zelfs nog opmerkelijker (92,0% versus 18,2%). Blinde subcultuur op dag 1 deed het aantal ontdekte pathogenen op dag 2 eveneens stijgen (82,9% versus 69,0% algemeen, 66,7% versus 10,0% voor Burkholderia pseudomallei; beide p<0,001). Echter, na implementatie van dag 1 subcultuur, werd een afname in de frequentie van Burkholderia pseudomallei waargenomen (12,4% van alle pathogenen versus 4,3%; p<0,001). Er kan worden geconcludeerd dat een vroegere subcultuur de tijd tot detectie en de tijd tot bruikbare resultaten aanzienlijk verkort. Het is echter mogelijk dat sommige organismen worden gemist door een vroege subcultuur uit te voeren, vooral organismen die langzamer groeien.
Ten slotte werd surveillance van bloedkweken uitgevoerd in een semi-landelijk ziekenhuis voor secundaire zorg in Benin (Hôpital Saint Jean de Dieu de Boko).  Bloedkweken werden afgenomen in BacT/ALERT FA Plus en PF Plus bloedkweekflessen in het ziekenhuis van Boko en in mindere mate in het academisch ziekenhuis van Parakou. Deze flesjes werden dagelijks geïnspecteerd op visuele tekenen van groei en gedurende 7 dagen geïncubeerd in een standaard incubator. Gedurende de studieperiode van 2,5 jaar werden 3353 bloedkweekflessen afgenomen, wat overeenkomt met 3140 bloedkweken en 3082 gevallen van vermoedelijke bloedbaaninfectie. De meeste van deze kweken (n = 2471; 78,7%) werden afgenomen bij kinderen < 15 jaar. Op 383 kweken (12,4%) werden ziekteverwekkers teruggevonden, wat overeenkomt met 381 bevestigde BSI. 340 van deze pathogenen waren beschikbaar en bevestigd door referentie-identificatie. De meest voorkomende pathogenen waren Klebsiella pneumoniae (n = 53; 15,6%), Salmonella Typhi (n = 52; 15,3%) en Staphylococcus aureus (n = 46; 13,5%). De AMR-percentages waren hoog onder Enterobacterales, met resistentie tegen cefalosporines van de derde generatie in 77,6% van de Klebsiella pneumoniae-isolaten (n = 58), 12,8% van de Escherichia coli-isolaten (n = 49) en 70,5% van de Enterobacter cloacae-isolaten (n = 44). Productie van carbapenemase werd gedetecteerd in 2 Escherichia coli en 2 Enterobacter cloacae isolaten, die alle van het New Delhi metallo-beta lactamase type waren. Resistentie tegen methicilline was aanwezig in 22,4% van de Staphylococcus aureus-isolaten (n = 49). 

In de Discussie van dit doctoraat hebben wij de relevantie van de bevindingen van deze studies geschetst en verdere onderzoeksrichtingen voorgesteld. 
Er zijn methoden nodig om de tijd tot detectie voor handmatige bloedkweekflessen te verbeteren. Vroege blinde subcultuur kan de tijd tot detectie verkorten, maar de waarde hiervan is contextafhankelijk en kan niet worden gegeneraliseerd over verschillende settings. Optimalisering van de inhoud en het fysieke ontwerp van bloedkweekflessen, evenals onderzoek naar de rol van verbeterde groeidetectie door gebruik te maken van eenvoudige en betaalbare instrumenten, moeten prioriteit krijgen. 
De identificatie van pathogenen blijft een uitdaging in een omgeving met weinig middelen, zoals blijkt uit zowel de evaluatie van de MicroScan-panels als de ervaring met traditionele identificatietechnieken in Benin, waarbij 55,9% van de isolaten correct werd geïdentificeerd tot op soortniveau. Wij stelden het gebruik van lateral-flow assays voor als een mogelijke manier om de identificatie van pathogenen in bloedkweken in low-resource settings te vereenvoudigen, maar kweekgebaseerde methoden blijven noodzakelijk voor het uitvoeren van antibiotica-gevoeligheidstests. 
Contaminatie van bloedkweken was zeer hoog in Benin en vele andere vergelijkbare settings; innovatieve oplossingen voor dit probleem moeten worden aangemoedigd aangezien contaminatie leidt tot hoge kosten, zowel financieel als op vlak van morbiditeit. Identificatiesystemen die zijn ontwikkeld voor omgevingen met weinig middelen moeten ook gewone contaminanten kunnen identificeren, om het onderscheid met pathogenen te vergemakkelijken en verdere kosten en onnodig antibioticagebruik te verminderen. 
De in Benin vastgestelde antimicrobiële resistentiecijfers waren verontrustend en deden vragen rijzen over de toereikendheid van empirische behandelingen. Er zijn meer kwaliteitsborgingsstudies nodig om antimicrobiële resistentie in lage-resource settings verder in kaart te brengen; empirische antibioticarichtlijnen moeten door deze informatie worden geleid. Voor een succesvol antibioticastewardship in low-resource settings zijn verdere inspanningen nodig om de klinische bacteriologische laboratoria op het niveau van de secundaire zorg te versterken. 
De toepassing van bloedkweken in low-resource settings is een haalbare manier om te zorgen voor surveillance van antimicrobiële resistentie en passende diagnose van bacteriële infecties, maar vereist aanhoudende financiële en logistieke steun van landen met hoge inkomens. De kwaliteit van laboratoriumpersoneel is van cruciaal belang voor de goede prestaties van dergelijke laboratoria en dit is een middel waarin geïnvesteerd moet worden. Een herwaardering van de opleidingsnormen voor laboratoriumpersoneel kan tot het bereiken van dit doel bijdragen. 

 

Datum:1 aug 2016 →  4 feb 2022
Trefwoorden:clinical bacteriology, antibiotic resistance, surveillance, tropical
Disciplines:Systeembiologie, Medische biochemie en metabolisme, Biochemie en metabolisme
Project type:PhD project