Метод швидкого визначення чутливості до антибіотиків
Резюме. Для різних зразків біологічних рідин
На сьогодні антибіотикорезистентності є однією з провідних світових проблем охорони здоров'я в зв'язку з надмірним, а часом і невиправданим застосуванням різних антибіотиків в медицині, сільському господарстві та інших сферах діяльності людини. Згідно з проведеними оцінками, в 2014 р мультирезистентні інфекції стали причиною понад 700 тис. Летальних випадків в цілому серед населення планети, більш того, за прогнозами вчених, до 2050 року ця цифра досягне 10 млн чоловік.
Крім негативного впливу на людський організм, антибіотикорезистентності є і економічний тягар в сфері медичного обслуговування, за деякими підрахунками досягає 35 млрд дол. США в рік в глобальному масштабі, і знову-таки до 2050 р очікується, що ця цифра збільшиться до порядку 100 трильйонів дол.
У зв'язку з цим впровадження ефективного менеджменту антибіотикотерапії є важливим завданням медичної спільноти, а в клінічних умовах це вимагає розробки більш швидких і якісних методів діагностики, так як, наприклад, згідно з результатами проведених досліджень, у пацієнтів з септичним шоком щогодини зволікання в призначенні ефективної антибіотикотерапії знижує виживання на 7,6%.
Сучасні методи виявлення стійкості до антибіотиків, як правило, вимагають від 2 днів до 1 тижня часу з моменту взяття біологічного зразка. Протягом цього періоду з метою запобігання погіршення стану пацієнта лікарі, переважно емпіричним шляхом, найчастіше призначають пацієнтам антибіотики широкого спектру дії у великих дозах для забезпечення їхньої потенційної ефективності по відношенню до невстановленого патогену. Такий підхід також обумовлює розвиток антибіотикорезистентності в клінічних умовах, більш того, робить негативний вплив на природну умовно-патогенну мікрофлору людини.
У наш час існують інноваційні методи швидкого визначення стійкості до антибіотиків протягом декількох годин, одним з яких є моніторинг з використанням одноелементної оптичної візуалізації. Однак даний підхід вимагає спеціалізованої підготовки медичних працівників та наявність лабораторної оптики з високою роздільною здатністю, що робить його вкрай дорогим і складним в сучасних реальних умовах.
У зв'язку з цим група ізраїльських учених розробила і запропонувала метод швидкого тестування фенотипической стійкості до антибіотиків з використанням спеціальних матриксних аналізаторів, а також надала алгоритм автоматичного аналізу результатів і систему мультиплексування, що сприяє впровадженню даного алгоритму в практичних медичних умовах. Робота опублікована 26 червня 2017 року в журналі Національної академії наук Сполучених Штатів Америки «Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America».
Дослідники повідомляють, що резазуріна (resazurin) являє собою мінімально токсичний флуоресцентний барвник, що часто використовується для аналізу життєздатності клітин. При проведенні цього методу відбувається його необоротна реакція з утворенням резоруфіна (resorufin) - скороченої молекули, що володіє ще більш вираженими флуоресцентними характеристиками в порівнянні з нередуцірованних аналогом.
У зв'язку з високою чутливістю флуоресцентних систем виявлення резазуріна використовували для контролю життєздатності окремих бактерій без необхідності візуалізації клітин окремо, тим самим ігноруючи вимоги наявності спеціальної оптики з високою роздільною здатністю.
Виходячи з цього, колектив вчених на чолі з K. Churski розробив нове мікрожідкостное пристрій, засноване на вищевказаних властивості резазуріна і здатне виконувати аналіз стійкості до антибіотиків протягом 3 ч. Але даний метод мав деякі недоліки, один з яких - можливість виявлення тільки одиничних штамів патогенної мікрофлори, що не є оптимальним підходом у сучасній клінічній практиці.
Виходячи з цього, автори запропонували вдосконалений варіант резазурінового матриксного аналізатора, що містить антибіотики в лиофилизированном вигляді в кожній наноячейке, утворюючи єдину систему з мультиплексує потенціалом. Також розроблений автоматичний аналізатор результатів чутливості і стійкості до антибіотиків, причому даний метод можна застосовувати як до зразків крові, так і до зразків сечі.
Цей пристрій складається з 200 спеціальних капілярних наноячеек, відокремлених фільтрами і відходять від основного каналу, в який за допомогою звичайної лабораторної піпетки поміщають зразок біологічної рідини, а принцип самої системи відповідає всім діагностичним стандартам, розробленим Європейським комітетом з тестування антимікробної чутливості (European Committee on Antimicrobial Susceptibility Testing - EUCAST) та Інститутом клінічних та лабораторних стандартів (Clinical & Laboratory Standards Institute).
Вчені відзначають, що дана система дозволяє отримати результат протягом 5,5 год, більше того, 80% результатів уже проявляються менш ніж за 4,5 год. При цьому розробляються певні заходи щодо оптимізації даної методики, що дозволить ще більше мінімізувати час для отримання результату. Автори уточнюють, що додатковою перевагою такого способу є низьке споживання реагентів, рівне 1 мкл на кожну тестову обробку, що багаторазово скорочує фінансові витрати в порівнянні з традиційними методиками.
Також одним з найважливіших переваг запропонованого методу, крім високої швидкості і економічної ефективності, є його висока чутливість при мінімально необхідному (на 3 порядки менше в порівнянні з традиційними способами) кількості інфекційних агентів.
На закінчення проведеної роботи дослідники відзначили важливість запропонованого методу, який дозволить максимально скоротити час виявлення конкретного збудника, ефективно впроваджуючи в практичну медичну середу можливість найбільш доцільного використання антибіотиків, тим самим додатково зменшуючи сучасне всесвітнє тягар як антибіотикорезистентності, так і, можливо, асоційованої з нею полипрагмазии .
- Avesar J., Rosenfeld D., Truman-Rosentsvit M. et al. (2017) Rapid phenotypic antimicrobial susceptibility testing using nanoliter arrays. Proc. Natl. Acad. Sci. US A., Jun 26 [Epub. ahead of print].
Олег Мартишін