Bu protokol, yoğun bakım ünitesindeki hastalarda alt solunum yolu enfeksiyonlarına yol açan 15 patojenin bir saat içinde hasta başında tespit edilmesini sağlayan, tamamen entegre mikroakışkan çip tabanlı bir LAMP yöntemini açıklamaktadır.
Bu içeriği görüntülemek için JoVE aboneliğiniz gereklidir. Giriş yapın veya ücretsiz denemenizi bugün başlatın.
Yöntem makalesi
* These authors contributed equally
Bu protokol, yoğun bakım ünitesindeki hastalarda alt solunum yolu enfeksiyonlarına yol açan 15 patojenin bir saat içinde hasta başında tespit edilmesini sağlayan, tamamen entegre mikroakışkan çip tabanlı bir LAMP yöntemini açıklamaktadır.
Alt solunum yolu enfeksiyonları (ASYE), kritik durumdaki hastalarda klinik kötüleşme ve ölümün önde gelen nedenleri arasındadır. Yoğun bakım ünitesinde (YBÜ), etken patojenin zamanında tanımlanması uygun antimikrobiyal tedavi için esastır; ancak geleneksel kültür yöntemleri 3 ila 5 gün sürer ve özellikle mantarlar için optimal olmayan pozitiflik oranlarına sahiptir. PCR gibi moleküler yaklaşımlar işlem süresini kısaltır ancak hala manuel nükleik asit ekstraksiyonuna ve termodöngüye bağımlıdır, bu da yatak başı kullanıma uygunluklarını sınırlar. Bu protokol, manyetik boncuk tabanlı nükleik asit saflaştırmasını loop-mediated isothermal amplification (LAMP) ile birleştiren, tam entegre, disk şeklinde bir mikroakışkan çip (CD çip) etrafında oluşturulmuş bir hasta başı (point-of-care) iş akışını tanımlamaktadır. Basitleştirilmiş bir manuel sıvılaştırma ve lizis adımının ardından, işlenmiş örnek iki önceden paketlenmiş reaktif şişesiyle birlikte çipe yüklenir. Cihaz daha sonra ekstraksiyonu, 65 °C'de amplifikasyonu ve gerçek zamanlı floresan okumasını otonom olarak gerçekleştirerek; 1 bakteri, 3 mantar ve 1 atipik patojen olmak üzere 15 hedef için kalitatif sonuçları, cihaz çalışma süresinin 45 dakikası içinde (manuel ön işleme adımı dahil, toplam örnekten cevaba iş akışı için yaklaşık 1 saat) verir. Tek bir çip üzerinde 7 organizmaya kadar ulaşan tek patojenli ve polimikrobiyal ko-enfeksiyonları kapsayan; balgam, bronşiyal aspiratlar ve bronkoalveoler lavaj sıvısı dahil 10 YBÜ örneğinden elde edilen tespit verilerini sunuyoruz. Kapalı kartuş tasarımı aerosol kontaminasyonu riskini en aza indirir ve tek adımda yükleme işlemi özel bir eğitim gerektirmez, bu da sistemi YBÜ ekipleri için pratik bir yatak başı tanı aracı olarak konumlandırır.
YBÜ'deki kritik durumdaki hastalar arasında, başında ventilatörle ilişkili pnömoninin (VAP) bulunduğu alt solunum yolu enfeksiyonları; morbidite, uzamış mekanik ventilasyon ve aşırı mortalitenin kalıcı bir nedeni olmaya devam etmektedir1,2. YBÜ kaynaklı alt solunum yolu enfeksiyonlarının (LRTIs) mikrobiyolojik görünümü, toplum kaynaklı hastalıklardan belirgin şekilde farklıdır. Çoklu ilaç dirençli Gram-negatifler (Klebsiella pneumoniae, Pseudomonas aeruginosa, Acinetobacter baumannii), genellikle ampirik rejimleri karmaşıklaştıran polimikrobiyal oluşumlar şeklinde baskındır3,4. Oportünistik funguslar ise sürece ek bir karmaşıklık katmanı ekler. Bir zamanlar derin immünsupresyonun bir belirtisi olarak kabul edilen invaziv pulmoner aspergillozis, günümüzde non-nötropenik YBÜ hastalarında, özellikle şiddetli influenza ve COVID-19 sonrası giderek daha sık görülmektedir5. Aspergillozis için mevcut tanı algoritmaları, düşük verimli kültürü galaktomannan (GM) antijen testi ile birleştirir; ancak GM testi, iyi belgelenmiş tanı pencereleri ve non-nötropenik konakçılardaki değişken duyarlılığı nedeniyle kısıtlıdır6. Sepsis için uygun antimikrobiyal tedavinin başlatılmasındaki her bir saatlik gecikme, mortalitede ölçülebilir bir artışla ilişkilidir7. Topluca bakıldığında, YBÜ enfeksiyonlarının hızı ve karmaşıklığı, klinik aciliyetle eşleşebilecek tanı araçlarını zorunlu kılmaktadır.
Duyarlılık testleri için vazgeçilmez olsa da standart mikrobiyolojik kültür, temel olarak hız sınırlamasına sahiptir: sonuçlanma süresi 3 ila 5 gün sürer, titiz organizmalar gözden kaçar ve fungal kültür pozitifliği düşük kalır8. Metagenomik yeni nesil dizileme (mNGS) tarafsız bir alternatif sunar, ancak klinik adaptasyonu maliyet, 24 ila 48 saatlik işlem süreleri, biyoinformatik boru hatlarına olan bağımlılık ve sınırlı hasta başı uygulanabilirlik nedeniyle kısıtlanmıştır9. PCR tabanlı paneller zaman farkını daraltmıştır, ancak bunlar hala çok aşamalı nükleik asit ekstraksiyonu, termal döngü enstrümantasyonu ve geleneksel formatlar için amplifikasyon sonrası elektroforez gerektirmektedir10. Bu platformların hiçbiri Yoğun Bakım Ünitesi'nin (YBÜ) birleşen taleplerini tam olarak karşılamamaktadır: bir saatten kısa süre, minimum uygulama süresi, mantarlar dahil çoklu patojen kapsamı ve laboratuvar dışı personelin kullanabileceği yeterlilikte operasyonel basitlik.
Döngü aracılı izotermal amplifikasyon (LAMP), bu kısıtlamaların birçoğunu giderir. İlk kez Notomi ve arkadaşları tarafından tanımlanan bu yöntem, zincir yer değiştiren bir polimeraz aracılığıyla, altı farklı bölgeyi tanıyan dört ila altı primerden oluşan bir set kullanarak hedef DNA'yı sabit 65 °C'de amplifiye eder1. Reaksiyon, gerçek zamanlı floresan ile tespit edilebilen karakteristik sap-döngü ve karnabahar benzeri amplikon yapıları oluşturur ve eşik değerinin aşılmasından sonra dakikalar içinde S şeklinde eğriler üretir. Düşük kalıp konsantrasyonlarındaki hassasiyet yüksektir ve çoklu primer tasarımı, yalancı pozitifleri sınırlayan bir seçicilik sağlar12,13. Mikroakışkan çip platformlarıyla birleştirildiğinde LAMP, tek bir numune yüklemesinden çok sayıda hedef için paralelleştirilebilir14. Önceki çalışmalar, LAMP çip sistemlerinin solunum yolu patojenlerini üç saatin çok altında bir işlem süresiyle tespit edebildiğini göstermiştir15. Ancak, bu sistemlerin temel bir kısıtlaması, süre, operasyonel karmaşıklık ve kontaminasyon riski ekleyen ayrı ve manuel DNA ekstraksiyonuna bağımlı olmalarıdır.
Burada açıklanan sistem bu darboğazı ortadan kaldırmaktadır. Tek kullanımlık, disk şeklinde bir mikroakışkan çip (86 mm çapında) üzerine kurulu olan sistem; numune yüklemeyi, manyetik boncuk tabanlı nükleik asit saflaştırmayı ve 16-plex LAMP amplifikasyonunu tek bir sızdırmaz kartuşta entegre eder (Şekil 1). Operatör, özel olarak tasarlanmış bir işlem tüpü kullanarak yalnızca kısa bir manuel sıvılaştırma-lizis adımı gerçekleştirir, ardından lizatı ve iki reaktif şişesini çipe yükler (Şekil 2). Bu noktadan itibaren cihaz; ekstraksiyonu, 65 °C'de izotermal amplifikasyonu ve floresans kazanımını otonom olarak yöneterek 1 bakteri, 3 mantar (Aspergillus spp., Candida albicans, Pneumocystis jirovecii) ve 1 atipik patojen (Mycoplasma pneumoniae) olmak üzere klinik olarak ilgili 15 hedef için 45 dakika içinde kalitatif sonuçlar sunar. Dahili kontrol olarak kullanılan bir nöroblastoma kırılma noktası ailesi (NBPF) geni, her analizde örneğin yeterliliğini ve reaksiyon bütünlüğünü doğrular. Bu protokol; klinik laboratuvar personeli ve YBÜ yatak başı ekiplerinin her ikisi için tasarlanmış olup, YBÜ örnek toplama aşamasından ön işleme, çip yüklemeye, otomatik deteksiyona ve sonuç yorumlamaya kadar tüm iş akışı için adım talimatlar sağlamaktadır.
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Tüm örnekler, Çin Tıp Bilimleri Akademisi, Peking Union Medical College Hastanesi Etik İnceleme Komitesi tarafından onaylanmış bir protokol kapsamında toplanmıştır (Onay No. I-24PJ178). Örnek toplama işleminden önce her katılımcıdan veya yasal olarak yetkilendirilmiş temsilcilerinden yazılı bilgilendirilmiş onam alınmıştır. Hedef patojen paneli ve reaksiyon kuyucuğu atamaları Tablo 1'de, örnek ön işleme sırasında kullanılan sarf malzemeleri ise Tablo 2'de listelenmiştir.
1. YBYÜ'de alt solunum yollarından klinik örneklerin toplanması
2. Sıvılaştırma ve patojen lizisi
3. Çip yükleme ve otomatik tespit
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Geçerli bir çalışma tamamlandığında, cihaz 16 kanalın tamamı için gerçek zamanlı floresan izlerini görüntüledi. Pozitif kanallar, otomatik olarak açıklanmış TP değerleri ile beklenen S şeklinde amplifikasyon kinetiği sergilerken, negatif kanallar baz hattında kaldı. IC kanalı (kuyu 16), tüm geçerli çalışmalarda TP < 12 min olan S şeklinde bir eğri verdi.
Protokolün pilot uygulaması ve kavram kanıtlama gösterimi olarak, YBÜ pratiğinde karşılaşılan klinik senaryoların kapsamını örneklendirme...
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Hızlı patojen tanımlama, yoğun bakım ünitesi (YBÜ) enfeksiyon yönetiminde kritik öneme sahiptir. Burada açıklanan sistem, patojen tanımlama süresini, kültür için tipik olarak gereken 3 ila 5 günden, ilk basamak antimikrobiyal kararlarının genellikle verildiği 1 saatten daha kısa bir süreye indirir7. Nükleik asit ekstraksiyonu, saflaştırma ve 16-plex LAMP amplifikasyonunu tek bir sızdırmaz çip içinde entegre eden bu iş akışı, önceki LAMP çip platformlarının temel operasyonel darboğazı olan manuel D...
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Yazarlar herhangi bir çıkar çatışması beyan etmemektedir.
Bulaşıcı Olmayan Kronik Hastalıklar-Ulusal Bilim ve Teknoloji Majör Projesi (No. 2023ZD051650), Ulusal Üst Düzey Hastane Klinik Araştırma Fonu (2026-PUMCH-A-103), CMB Açık Yarışma Programı (24-561) ve Peking Union Medical College Hospital Yetenek Yetiştirme Programı (No.UGG1571).
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
| Ad | Şirket | Katalog numarası | Yorumlar |
|---|---|---|---|
| Otomatik Nükleik Asit Analizörü | Beijing Taihao Biotechnology Co., Ltd | THE-T80-01 | TurboFlow T; santrifüjlü reaktif dağıtımı, manyetik boncuk ekstraksiyonu, 65 °C'de LAMP ve gerçek zamanlı floresan deteksiyonu gerçekleştirir (~45 dk çalışma süresi) |
| #1 Tek kullanımlık Pasteur pipeti | Zhongtai Experimental Equipment Factory (Haimen) | Custom-made | Tek kullanımlık sarf malzemesi; 0.5 mL; homojenize edilmiş örneği lizis tüpüne aktarır |
| #2 Tek kullanımlık Pasteur pipeti | Zhongtai Experimental Equipment Factory (Haimen) | Custom-made | Tek kullanımlık sarf malzemesi; 2 mL; örneği sıvılaştırma tüpündeki işaretli çizgiye kadar aspire eder |
| CD çipi | Beijing Hongyang Chensheng Technology Co., Ltd | Custom-made | Tek kullanımlık sarf malzemesi; merkezi yükleme alanı (O, B, S portları), manyetik boncuk saflaştırma bölgesi ve 16 reaksiyon kuyucuğu (15 patojen hedefi + NBPF internal kontrol) bulunan 86 mm disk |
| LAMP reaksiyon reaktifleri | Yeasen Biotechnology (Shanghai) Co., Ltd | 16730ES80 | CD çipi içerisinde liyofilize boncuklar olarak önceden depolanmış LAMP reaksiyon reaktifleri |
| Sıvılaştırma tüpü | Beijing Taihao Biotechnology Co., Ltd | Custom-made | Tek kullanımlık sarf malzemesi; tüp başına 2 mL; manuel homojenizasyon için örneği alır |
| Lizis tüpü | Beijing Taihao Biotechnology Co., Ltd | Custom-made | Tek kullanımlık sarf malzemesi; tüp başına 0.5 mL; 20 µm filtre membranlı sıkıştırılabilir silikon gövde; önceden yüklenmiş lizis reaktifleri |
| Primerler | Sangon Biotech (Shanghai) Co., Ltd | Custom-made | CD çipi reaksiyon odasına gömülmüş primer karışımı |
| Örnek Ön İşleme cihazı | Beijing Taihao Biotechnology Co., Ltd | THE-R10-02 | TS-20; otomatik sıvılaştırma–lizis döngüsü (~15 dk) |
| Tek dozluk flakon “B” | Ruifu Biotechnology (Guangzhou) Co., Ltd | Custom-made | Tek kullanımlık sarf malzemesi; önceden paketlenmiş çip içi reaktif; test başına bir adet; 4 °C'de saklanır ve yüklemeden önce oda sıcaklığına (~25 °C) dengelenir |
| Tek dozluk flakon “O” | Ruifu Biotechnology (Guangzhou) Co., Ltd | Custom-made | Tek kullanımlık sarf malzemesi; önceden paketlenmiş çip içi reaktif; test başına bir adet; 4 °C'de saklanır ve yüklemeden önce oda sıcaklığına (~25 °C) dengelenir |
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.