Wśród pacjentów w stanie krytycznym na oddziałach intensywnej terapii (OIT), infekcje dolnych dróg oddechowych, z zapaleniami płuc związanymi z wentylacją mechaniczną (VAP) na czele, pozostają stałym czynnikiem zwiększającym chorobowość, wydłużającym czas wentylacji mechanicznej i prowadzącym do nadmiarowej śmiertelności1,2. Obraz mikrobiologiczny infekcji dolnych dróg oddechowych (LRTI) nabytych na OIT różni się znacząco od obrazu chorób pozyszpitalnych. Przeważają wielolekooporne bakterie Gram-ujemne (Klebsiella pneumoniae, Pseudomonas aeruginosa, Acinetobacter baumannii), często występujące w konstelacjach polimikrobowych, co utrudnia stosowanie schematów empirycznych3,4. Grzyby oportunistyczne wprowadzają dodatkowy poziom złożoności. Inwazyjna aspergiloza płucna, niegdyś uważana za cechę głębokiej immunosupresji, jest obecnie rozpoznawana z coraz większą częstotliwością u pacjentów na OIT bez neutropenii, przede wszystkim po ciężkim przebiegu grypy oraz COVID-195. Istniejące algorytmy diagnostyczne aspergilozy łączą mało wydajne posiewy z testami na antygen galaktoMannanu (GM), jednak test GM jest ograniczony dobrze udokumentowanymi oknami diagnostycznymi oraz zmienną czułością u gospodarzy bez neutropenii6. Każda godzina opóźnienia w rozpoczęciu odpowiedniej terapii przeciwdrobnoustrojowej w sepsie wiąże się z mierzalnym wzrostem śmiertelności7. Biorąc to pod uwagę, szybkość i złożoność infekcji na OIT wymagają narzędzi diagnostycznych, które będą odpowiadać pilności klinicznej.
Standardowe posiewy mikrobiologiczne, choć niezbędne do badania wrażliwości, są zasadniczo ograniczone pod względem czasu: czas oczekiwania na wynik wynosi od 3 do 5 dni, pomijane są organizmy wymagające, a odsetek dodatnich wyników w posiewach grzybów pozostaje niski8. Metagenomiczne sekwencjonowanie nowej generacji (mNGS) stanowi obiektywną alternatywę, jednak jego wdrożenie kliniczne jest ograniczane przez koszty, czas przetwarzania wynoszący od 24 do 48 godzin, zależność od rurociągów bioinformatycznych oraz ograniczoną możliwość zastosowania w punkcie opieki nad pacjentem (point-of-care)9. Panele oparte na metodzie PCR skróciły ten przedział czasowy, ale wciąż wymagają wieloetapowej ekstrakcji kwasów nukleinowych, aparatury do cyklicznej zmiany temperatury oraz, w przypadku formatów konwencjonalnych, elektroforezy po amplifikacji10. Żadna z tych platform nie spełnia w pełni zbieżnych wymagań oddziałów intensywnej terapii: czasu analizy poniżej jednej godziny, minimalnego nakładu pracy manualnej, multipleksowego wykrywania patogenów, w tym grzybów, oraz prostoty operacyjnej wystarczającej dla personelu pozalaboratoryjnego.
Izotermiczna amplifikacja wspomagana pętlą (LAMP) rozwiązuje kilka z tych ograniczeń. Metoda ta, po raz pierwszy opisana przez Notomi i współpracowników, amplifikuje docelowe DNA w stałej temperaturze 65 °C przy użyciu zestawu od czterech do sześciu starterów rozpoznających sześć odrębnych regionów, przy udziale polimerazy o aktywności wypierającej nić11. Reakcja generuje charakterystyczne struktury amplikonów w formie pętli z łodygą oraz struktur przypominających kalafior, które są wykrywalne za pomocą fluorescencji w czasie rzeczywistym, co pozwala na uzyskanie krzywych w kształcie litery S w ciągu kilku minut od przekroczenia progu detekcji. Czułość przy niskich stężeniach matrycy jest wysoka, a zastosowanie wielu starterów zapewnia selektywność ograniczającą liczbę wyników fałszywie dodatnich12,13. W połączeniu z platformami mikroprzepływowymi metoda LAMP może być przeprowadzana równolegle dla wielu celów z jednej próbki14. Wcześniejsze prace wykazały, że systemy chipowe LAMP wykrywają patogeny układu oddechowego w czasie poniżej trzech godzin15. Kluczowym ograniczeniem tych systemów jest jednak zależność od oddzielnej, ręcznej ekstrakcji DNA, co wydłuża czas analizy, zwiększa złożoność operacyjną oraz ryzyko kontaminacji.
Opisany tutaj system eliminuje wspomniane wąskie gardło. Oparty na jednorazowym, dyskowym chipie mikrofluidycznym (o średnicy 86 mm), integruje on ładowanie próbki, oczyszczanie kwasów nukleinowych z wykorzystaniem kulek magnetycznych oraz 16-pleksową amplifikację LAMP w jednej szczelnej kasecie (Rycina 1). Operator wykonuje jedynie krótki, ręczny etap upłynniania i lizy przy użyciu specjalnie zaprojektowanej probówki procesowej, a następnie ładuje lizat oraz dwie fiolki z odczynnikami na chip (Rycina 2). Od tego momentu instrument autonomicznie przeprowadza ekstrakcję, amplifikację izotermiczną w temperaturze 65 °C oraz detekcję fluorescencji, dostarczając jakościowych wyników dla 15 klinicznie istotnych celów: 11 bakterii, 3 grzybów (Aspergillus spp., Candida albicans, Pneumocystis jirovecii) oraz 1 atypowego patogenu (Mycoplasma pneumoniae) w ciągu 45 min. Gen z rodziny neuroblastoma breakpoint family (NBPF), stosowany jako kontrola wewnętrzna, potwierdza odpowiedniość materiału oraz integralność reakcji w każdym badaniu. Niniejszy protokół zawiera instrukcje krok po kroku dla pełnego procesu roboczego – od pobrania próbki z oddziału intensywnej terapii (OIT), przez wstępne przetwarzanie, ładowanie chipa i zautomatyzowaną detekcję, aż po interpretację wyników – i jest przeznaczony zarówno dla personelu laboratoriów klinicznych, jak i zespołów przy łóżku pacjenta na OIT.