Früherkennung von Sepsiserregern: Mit hybcell und hyborg im Wettlauf gegen die Zeit

Der 13. September ist Welt-Sepsis-Tag. Sepsis ist eine der häufigsten Todesursachen weltweit. Mehr Menschen sterben an Sepsis, als durch Herzinfarkt, Lungen-, Brust- und Dickdarmkrebs zusammen. Früherkennung und eine rechtzeitige Behandlung mit den auf den Erreger abgestimmten Antibiotika können Leben retten. Doch gerade bei Sepsis benötigen die gängigen Nachweismethoden im Median 48 Stunden, manchmal sogar mehrere Tage bis ein Ergebnis vorliegt. Christoph Reschreiter, CEO und einer der Gründer von Cube Dx, ist Experte auf dem Gebiet der Diagnostik. Im Interview spricht er über die Wichtigkeit der Früherkennung von Sepsiserregern und wie dies mit der Methode von Cube Dx innerhalb von drei bis vier Stunden aus einer Blutprobe möglich ist...

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Sepsis, auch Blutvergiftung genannt, ist eine schwere Infektion, die zum Beispiel durch eine Verletzung, einen invasiven medizinischen Eingriff oder auch durch eine Lungenentzündung entstehen kann. Warum ist es so wichtig, Sepsis frühzeitig zu erkennen?

Sepsis ist per Definition eine dysregulierte, also fehlregulierte Immunantwort auf eine Infektion im Körper die mit Organversagen einhergeht. Bei der Behandlung von Sepsis sind neben der Früherkennung drei Punkte von entscheidender Bedeutung: die Sanierung der Infektionsquelle, die Kreislaufstabilisierung des/der Patient:in und eine rasche antimikrobielle Therapie gegen die Infektion. Sowohl für die Infektionsbekämpfung als auch für die Sanierung der Infektionsquelle ist die Identifizierung des verursachenden Erregers von entscheidender Bedeutung, da der Erreger Rückschlüsse auf den Eintrittsort in die Blutbahn zulässt. Je früher der Erreger mit Sicherheit bestimmt ist, desto früher kann mit einer individuellen und zielgerichteten Therapie begonnen werden.

Bei Sepsis gilt es also rasch zu reagieren. Welche Vorteile bietet die Technologie von Cube Dx zur frühzeitigen Erkennung von Sepsis?

Mit unserem Verfahren erhalten wir ein sehr schnelles und breites Messergebnis direkt aus der Blutprobe. Rund 100 verschiedene Bakterien, Pilze und Resistenzgene werden aus der Blutprobe in einem einzigen Test vermessen. So erreichen wir präzise, schnelle sowie kostengünstige Ergebnisse. Darauf können erfolgreiche Therapien aufgebaut werden. Gerade in der frühen Phase einer Sepsis wird die Schwere und Länge der septischen Episode maßgeblich beeinflusst. Bei einer frühen, gezielten antimikrobiellen Therapie – aufgrund des Wissens über den Erreger – besteht eine höhere Chance auf einen milderen und kürzeren Krankheitsverlauf. Die kostspielige Intensivpflege, die etwa € 5.000 pro Tag und Patient/in kostet, ist ein wichtiger Faktor in Bezug auf das Einsparungspotenzial.

Was unterscheidet Ihre, von anderen Verfahren dieser Art?

Die aktuellen Standard-Nachweismethoden brauchen lange bis Testergebnisse vorliegen, da diese auf das Wachstum der Mikroorganismen in der Patientenprobe angewiesen sind. Der Median liegt dabei bei ca. 48 Stunden, bei einigen Mikroorganismen dauert es länger. Unsere frühe Pathogenidentifikation hingegen weist die DNA der Erreger direkt aus der Patientenprobe (Blut) nach und verzichtet so gänzlich auf die zeitintensive Kultivierung. Das reduziert die Zeit zum Ergebnis auf rund drei bis vier Stunden.

Wie funktioniert die Pathogenidentifikation?

Wir nutzen eine Kombination aus PCR und der Microarray-Technologie. Unsere PCR ist eine breit angelegte pan-bakterielle und pan-fungale PCR. Das bedeutet das erstmal die DNA aller in der Probe vorhandenen Bakterien und Pilze vervielfältigt wird. Das Laborpersonal sieht nach der PCR, welche Patientenproben Bakterien und/oder Pilze enthalten. Diese Proben werden weiter auf unserem Instrument (hyborg) in einer Kartusche (hybcell) analysiert. Nach etwa 25 Minuten zeigt das Instrument an, um welchen Erreger es sich handelt. In der Kombination bezeichnen wir die Methode als compact sequencing, da in einem kurzen Abschnitt der mikrobiellen DNA, Teile der Sequenz nachgewiesen werden. Parallel zu den Erregern, werden einige genetische Resistenzmarker getestet, um die Auswahl der antimikrobiellen Medikamente weiter zu präzisieren.

Was bedeutet das für die Patient:innen?

Patient:innen können wesentlich früher die zielgerichtete Therapie mit antimikrobiellen Medikamenten (anstelle empirischer) beginnen. Unwirksame Antibiotika werden abgesetzt und schwerwiegende Nebenwirkungen, wie Nieren- oder andere Organversagen infolgedessen reduziert. Mit der frühen Bekämpfung der Infektion wird auch dem Fortschreiten in den septischen Schock entgegengewirkt. Wir nehmen an, dass die langfristigen Auswirkungen von Sepsis, wie zum Beispiel chronisches Nierenversagen, Kachexie oder Depressionen, die nicht zu unterschätzen sind, durch frühzeitige und gezielte Therapie minimiert werden können.

Wie genau funktioniert die hybcell bzw. hyborg Technologie?

hybcell, hyborg und unsere Methode des compact sequencing sind neben einer Methode zur Konzentration von Mikroorganismen in Blutproben die grundlegenden Innovationen von Cube Dx.

Bei der Konzentration der Mikroorganismen wird aus menschlichen Blutproben der Großteil der humanen Zellen und DNA entfernt. Die Mikroorganismen verbleiben und werden so konzentriert. Danach folgt unsere Methode des compact sequencing auf der hybcell. Die hybcell basiert auf den Prinzipien des weltweit einzigen zylindrischen Microarray. Dabei werden mehrere für die einzelnen Mikroorganismen spezifische DNA-Teilstücke auf einer beschichteten Zylinderoberfläche aufgebracht. Die komplementären DNA-Fragmente der Mikroorganismen aus der Probe hybridisieren nach einem Schlüssel-Schloss-Prinzip daran. Diese Bindung wird im hyborg – dem Instrument das die Teste automatisiert abarbeitet - sichtbar gemacht und ausgewertet.

Wie können sich Neukund:innen, nach einer Umstellung auf Cube Dx‘ frühzeitige Pathogenidentifikation, die Handhabung des Produkts vorstellen?

Grundsätzlich ist der Ablauf relativ einfach und für das compact sequencing weitgehend automatisiert. Die Reagenzien für die Anreichung der Mikroorganismen und für den Test sind größtenteils einzeln verpackt und fertig für den Gebrauch. Durch regelmäßige und umfangreiche Kontrollen garantieren wir, dass mögliche Anwendungsfehler oder Fehler während der Abarbeitung als inkorrekte Ergebnisse erkannt werden. Neben dem schnellen und präzisen Ergebnis ist uns die Verlässlichkeit der Methode ein großes Anliegen.