Invasieve infecties zoals sepsis vereisen een onmiddellijke en gerichte behandeling. Deskundigen van het Fraunhofer-instituut voor interfaciale techniek en biotechnologie IGB zijn er, in samenwerking met partners, in geslaagd een nieuw detectieprincipe te ontwikkelen dat een cruciale bijdrage kan leveren aan het redden van levens door snelle, uiterst nauwkeurige identificatie van ziekteverwekkers.
Volgens een recent onderzoek eist sepsis - ook bekend als bloedvergiftiging – alleen al in Duitsland elke zes minuten een mensenleven, ofwel meer dan 87.000 op jaarbasis. In Nederland zijn dat er volgens de laatste cijfers zo’n 10.000 per jaar. Bij sepcis is een tijdige behandeling nog veel belangrijker dan bij andere ziekten om de kans op overleven te vergroten.
Nieuwe diagnostische methode
Samen met klinische netwerken en het biotechbedrijf Noscendo GmbH hebben onderzoekers van Fraunhofer IGB nu een diagnostische methode ontwikkeld om ziekteverwekkers te identificeren bij patiënten op de intensive care. Daardoor wordt een snelle en gerichte behandeling van invasieve infecties mogelijk. Voor deze prestatie hebben Dr. Kai Sohn, hoofd van de afdeling In-vitro Diagnostiek bij Fraunhofer IGB, Prof. Thorsten Brenner van het Universitair Ziekenhuis Essen en Dr. Silke Grumaz en Dr. Philip Stevens, beiden van Noscendo GmbH, de Stifterverband Wetenschapsprijs voor 2024 ontvangen.
DNA achtergelaten op de plaats delict
Tot nu toe werden de organismen die sepsis veroorzaken meestal geïdentificeerd met behulp van massaspectrometrie nadat ze gekweekt waren (bijvoorbeeld in de vorm van een bloedkweek). Maar omdat er maar heel weinig van deze organismen in het bloed voorkomen, levert het testen in minder dan 30 procent van de gevallen een positief resultaat op. En zelfs als het mogelijk is om de ziekteverwekker in het bloed te detecteren, kost het kweken vaak meer tijd dan patiënten hebben.
De nieuwe methode die door de Fraunhofer-experts is ontwikkeld, is geïnspireerd op ‘CSI’; het zoeken naar aanwijzingen en bewijs op een plaats delict. Omdat de organismen die sepsis veroorzaken zelden ‘op heterdaad’ kunnen worden betrapt, bestuderen de wetenschappers in plaats daarvan de aanwijzingen die ze achterlaten op de plaats delict - fragmenten van hun genetische informatie in het bloed. Daarbij worden tot wel 30 miljoen DNA-fragmenten van een bloedmonster geanalyseerd. De onderzoekers gebruiken een volledig geautomatiseerd proces om ze te isoleren en vervolgens met hoge doorvoer te sequencen. Als ze fragmenten van niet-menselijke oorsprong vinden, vergelijken de specialisten deze met een speciaal ontwikkelde database die het genoom van bacteriën, virussen, schimmels en andere pathogenen bevat.
Talrijke klinische onderzoeken tonen aan dat deze methode zeer betrouwbaar en nauwkeurig is en professionals in de gezondheidszorg geldige resultaten oplevert. Het pathogeen dat de ziekte veroorzaakt kan in tot wel 70 procent van de onderzochte patiënten worden geïdentificeerd. “Onze diagnostische methode heeft alleen al in de afgelopen vier jaar meer dan 6.000 patiënten geholpen,” zegt Dr. Philip Stevens, een bioinformaticus en CEO en medeoprichter van Noscendo GmbH. “Patiënten kunnen het ziekenhuis veel sneller verlaten en hebben minder langetermijneffecten. Dat verlicht ook de last voor ziekenhuizen en zorgverzekeraars.”
Uitstekende samenwerking
Dit succes is het resultaat van meer dan tien jaar interdisciplinaire samenwerking. De methode zelf is een driestappenproces dat bestaat uit optimale monstervoorbereiding, high-throughput next-generation sequencing (NGS) en bio-informatische analyse via diagnostische algoritmen. De methode werd oorspronkelijk ontwikkeld door Fraunhofer IGB en vormt de hoeksteen van de nieuwe aanpak. Onder leiding van Prof. Thorsten Brenner van het Universitair Ziekenhuis Essen werd de nieuwe aanpak vergeleken met de vorige diagnostische standaard en werd het diagnostische voordeel geëvalueerd door organen bestaande uit onafhankelijke experts.
Stevens en zijn collega Dr. Silke Grumaz, nu Chief Scientific Officer bij Noscendo GmbH, hadden van hun kant aan de fundamenten van de methode gewerkt tijdens hun tijd bij Fraunhofer IGB, Stevens in de bio-informatica en Grumaz in de moleculaire biologie. Door Noscendo GmbH op te richten, creëerden ze een kanaal voor ziekenhuizen om op elk gewenst moment monsters in te sturen voor snelle analyse. Grumaz legt uit: “Over het algemeen krijgen we resultaten binnen 24 uur nadat het bloedmonster in ons lab is aangekomen. Als een ziekenhuis de methode niet zelf gebruikt, kan de logistiek nog eens 12 uur duren. In de meeste gevallen is dat nog steeds sneller dan een bloedkweek resultaten kan opleveren.”
Dr. Kai Sohn, hoofd van de afdeling In-vitro Diagnostiek bij Fraunhofer IGB, benadrukt hoe blij iedereen in het team is met hun gezamenlijke succes: “Onze methode kon alleen tot stand komen en met succes aan het bed van de patiënt worden gebracht door samenwerking tussen Fraunhofer, toonaangevende klinische netwerken en Noscendo GmbH.”
Methode testen op andere ziekten
De partners zien de prijs niet als het einde van hun werk. “Op dit moment zijn we bezig met de intensive care voor kinderen. Een snelle, betrouwbare diagnose is op dit gebied van cruciaal belang, aangezien de hoeveelheid bloed die van de kleinste patiënten kan worden afgenomen erg klein is,” legt Brenner uit.
De prijswinnaars zijn ook van plan om hun methode toe te passen op andere ziekten, zoals lokale infecties die moeilijk te diagnosticeren zijn. Ze werken er ook aan om de methode toe te passen op andere lichaamsvloeistoffen en weefselmonsters, waardoor de methode verder gaat dan alleen bloedmonsters.
