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Nov 02, 2023

Test rapidi di sensibilità agli antibiotici e identificazione delle specie per campioni misti

Nature Communications volume 13, numero articolo: 6215 (2022) Cita questo articolo 10k accessi 7 citazioni 22 dettagli parametrici alternativi La resistenza antimicrobica è un problema crescente a livello globale

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La resistenza antimicrobica è un problema crescente su scala globale. I test rapidi di sensibilità agli antibiotici (AST) sono urgentemente necessari in clinica per consentire prescrizioni personalizzate in ambienti ad alta resistenza e per limitare l’uso di farmaci ad ampio spettro. Gli attuali metodi AST fenotipici rapidi non includono l'identificazione delle specie (ID), lasciando la piastratura o la coltura che richiede tempo come unica opzione disponibile quando è necessaria l'ID per effettuare la chiamata di sensibilità. Qui descriviamo un metodo per eseguire AST fenotipico a livello di singola cellula in un chip microfluidico che consente la successiva genotipizzazione mediante FISH in situ. Stratificando la risposta fenotipica AST sulle specie delle singole cellule, è possibile determinare il profilo di suscettibilità per ciascuna specie in un campione misto in 2 ore. In questo studio dimostrativo dimostriamo il funzionamento con quattro antibiotici e campioni misti con combinazioni di sette specie.

Il rapido aumento della resistenza agli antibiotici rappresenta una grave minaccia per la salute umana; l'accesso ad antibiotici efficaci è una pietra angolare della medicina moderna e un prerequisito, ad esempio, per il trattamento e la chirurgia del cancro. Diverse indagini1,2 formulano stime diverse sulla gravità della situazione, ma vi è consenso sul fatto che sia necessario agire altrimenti i costi, sia in termini di sofferenza umana che di impatto economico globale, saranno sconcertanti3. Gli esperti concordano inoltre sul fatto che il problema è dovuto, almeno in parte, all’uso indiscriminato e improprio di un’ampia gamma di antibiotici4. Per superare questo problema sono necessari test rapidi e personalizzati di sensibilità agli antibiotici (AST), preferibilmente presso il punto di cura5. Senza questi strumenti, in molti casi i medici non hanno altra scelta che prescrivere antibiotici ad ampio spettro poiché possono essere necessari diversi giorni per identificare il/i patogeno/i e il profilo di resistenza.

I limiti delle AST fenotipiche convenzionali (diluizione in agar con diffusione su disco o microdiluizione in brodo) sono che richiedono la crescita batterica per periodi prolungati in presenza e assenza di antibiotici per vedere un effetto. Tuttavia, per alcuni tipi di infezioni batteriche, anche un ritardo di 6 ore prima dell’inizio del trattamento può avere gravi conseguenze6. Un esempio di questo tipo è la sepsi, per la quale è stato stimato che il rischio di morte aumenta del 7,6% per ogni ora in cui non viene somministrato un trattamento efficace7. Inoltre, è dimostrato che in assenza di AST rapida, più del 25% dei pazienti settici sono stati trattati dai medici con antibiotici inappropriati, il che è fortemente associato alla mortalità8,9,10. Pertanto, per salvare vite umane sono necessarie AST rapide e accurate. Ma considerando l’aumento della resistenza antimicrobica, il principale colpevole non sono le patologie potenzialmente letali, quanto piuttosto l’uso massiccio di antibiotici per patologie più benigne11. L’esaurimento degli antibiotici efficaci è anche determinato dalla strategia di cambiare gli antibiotici di prima linea quando la prevalenza della resistenza locale ha raggiunto circa il 10-20%. Se fossero accessibili AST veloci e affidabili, gli antibiotici ad alta resistenza potrebbero essere utilizzati per l’80-90% delle infezioni ancora suscettibili.

L’ovvia necessità e i vantaggi dell’AST rapida, sia per salvare vite umane che per orientare le prescrizioni, hanno portato allo sviluppo di numerosi nuovi metodi negli ultimi dieci anni. Questi metodi sono descritti in diverse revisioni recenti, ad esempio 4,12, e non ripeteremo qui tutti i pro e i contro dei diversi metodi. In breve, questi metodi possono essere suddivisi in due categorie, genotipici e fenotipici. I metodi genotipici identificano marcatori genetici specifici associati alla resistenza agli antibiotici. Sebbene questi metodi possano rilevare rapidamente la presenza di specifici geni di resistenza, dipendono dalla nostra conoscenza dei meccanismi di resistenza che è lungi dall'essere completa13, in particolare considerando la rapida emergenza di nuovi meccanismi di resistenza. Inoltre, l'assenza di geni di resistenza non predice la sensibilità agli antibiotici14, vale a dire che si può imparare cosa non usare ma non cosa funzionerà. Nei metodi fenotipici, i batteri vengono esposti a un antibiotico e la loro risposta fenotipica, ad esempio la lisi o la riduzione del tasso di crescita, viene monitorata. I metodi fenotipici funzionano indipendentemente dal meccanismo di resistenza. Se la risposta fenotipica è presente, il batterio è suscettibile. Le varie AST fenotipiche rapide che hanno raggiunto il mercato possono fornire una risposta (sensibile o resistente) in 2-6 ore per emocolture positive che sono cresciute > 6 ore dal campionamento del paziente. Per altri campioni, ad esempio l'urina, il tempo necessario per la risposta può essere ridotto a 30 minuti per le specie gram-negative caricando il campione direttamente in un microchip e misurando il tasso di crescita con e senza antibiotici15.