Среди пациентов в критическом состоянии в отделениях интенсивной терапии (ОИТ) инфекции нижних дыхательных путей, главной из которых является вентилятор-ассоциированная пневмония (ВАП), остаются постоянным фактором заболеваемости, длительной искусственной вентиляцией легких и избыточной смертности1,2. Микробиологический профиль инфекций нижних дыхательных путей (ИНДП), приобретенных в ОИТ, заметно отличается от профиля заболеваний, приобретенных внебольнично. Преобладают многорезистентные грамотрицательные бактерии (Klebsiella pneumoniae, Pseudomonas aeruginosa, Acinetobacter baumannii), часто в составе полимикробных ассоциаций, которые затрудняют подбор эмпирических схем лечения3,4. Оппортунистические грибы создают дополнительный уровень сложности. Инвазивный легочный аспергиллез, который ранее считался признаком глубокой иммуносупрессии, сейчас с возрастающей частотой выявляется у пациентов ОИТ без нейтропении, особенно после тяжелого гриппа и COVID-195. Существующие диагностические алгоритмы аспергиллеза сочетают малоэффективный посев с тестированием на антиген галактоманнан (ГМ), однако применение анализа на ГМ ограничено хорошо задокументированными диагностическими окнами и вариабельной чувствительностью у хозяев без нейтропении6. Каждый час задержки в начале соответствующей антимикробной терапии сепсиса связан с измеримым увеличением смертности7. В совокупности скорость развития и сложность инфекций в ОИТ требуют диагностических инструментов, соответствующих клинической срочности.
Стандартный микробиологический посев, будучи незаменимым для определения чувствительности к антибиотикам, имеет фундаментальное ограничение по времени: срок получения результата составляет от 3 до 5 дней, привередливые организмы остаются невыявленными, а частота положительных результатов грибковых культур остается низкой8. Метагеномное секвенирование следующего поколения (mNGS) представляет собой объективную альтернативу, однако его внедрение в клиническую практику сдерживается стоимостью, временем обработки от 24 до 48 часов, зависимостью от биоинформатических конвейеров и ограниченной возможностью применения непосредственно в месте оказания медицинской помощи9. Панели на основе ПЦР сократили временной разрыв, но они всё еще требуют многоэтапной экстракции нуклеиновых кислот, использования оборудования для термоциклирования и, в случае традиционных форматов, проведения электрофореза после амплификации10. Ни одна из этих платформ полностью не удовлетворяет совокупным требованиям отделений интенсивной терапии: скоростью менее одного часа, минимальным временем непосредственной работы оператора, мультиплексным охватом патогенов, включая грибы, и операционной простотой, достаточной для персонала, не являющегося сотрудником лаборатории.
Петлевая изотермическая амплификация (LAMP) позволяет преодолеть ряд этих ограничений. Метод, впервые описанный Notomi et al., обеспечивает амплификацию целевой ДНК при постоянной температуре 65 °C с использованием набора из четырех-шести праймеров, распознающих шесть различных областей, при помощи полимеразы со способностью вытеснять цепь11. В ходе реакции образуются характерные шпилеобразные и «цветковидные» структуры ампликонов, которые можно обнаружить с помощью флуоресценции в реальном времени, что позволяет получить S-образные кривые через несколько минут после пересечения порога. Чувствительность при низких концентрациях матрицы высока, а использование нескольких праймеров обеспечивает селективность, которая ограничивает появление ложноположительных результатов12,13. В сочетании с микрофлюидными чип-платформами метод LAMP может быть распараллелен для анализа нескольких мишеней из одной пробы14. В предыдущих работах было показано, что системы на базе LAMP-чипов позволяют обнаруживать респираторные патогены с общим временем анализа значительно менее трех часов15. Однако основным ограничением таких систем является зависимость от отдельного ручного выделения ДНК, что увеличивает временные затраты, эксплуатационную сложность и риск контаминации.
Описанная здесь система устраняет это узкое место. Построенная на базе одноразового микрофлюидного чипа в форме диска (диаметром 86 mm), она объединяет загрузку образца, очистку нуклеиновых кислот с помощью магнитных частиц и 16-плексную амплификацию методом LAMP в одном герметичном картридже (Рисунок 1). Оператор выполняет лишь короткий этап ручного разжижения и лизиса с использованием специально разработанной пробирки, затем загружает лизат и два флакона с реагентами на чип (Рисунок 2). С этого момента прибор автономно осуществляет экстракцию, изотермическую амплификацию при 65 °C и регистрацию флуоресценции, выдавая качественные результаты по 15 клинически значимым мишеням, а именно: 11 бактериям, 3 грибам (Aspergillus spp., Candida albicans, Pneumocystis jirovecii) и 1 атипичному патогену (Mycoplasma pneumoniae) в течение 45 min. Ген семейства точек разрыва нейробластомы (NBPF), используемый в качестве внутреннего контроля, подтверждает адекватность образца и целостность реакции в каждом анализе. Данный протокол содержит пошаговые инструкции по всему рабочему процессу, от сбора образцов в отделении интенсивной терапии и их предварительной обработки до загрузки чипа, автоматического детектирования и интерпретации результатов, и предназначен как для персонала клинических лабораторий, так и для бригад интенсивной терапии у постели больного.