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P.Pecile
Dip. Medicina Sperimentale e Clinica
Università di Firenze
I nuovi test microbiologici rapidi
cambieranno definitivamente
l’approccio alla terapia antibiotica e
non solo?
La diagnostica “ molecolare “ in microbiologia clinica
o Indipendente dalla necessità di
isolare il patogeno in coltura /
visualizzarlo al microscopio
o Possibile automazione
- Sensibilità (patogeni non/
difficilmente coltivabili/
visualizzabili, patogeni non vitali)
- Rapidità
polisaccaridi,proteine, acidi nucleici
microbiologia fast
o Maggiore rapidità
o Maggiore sensibilità
o Maggiore accuratezza
Informazioni diverse/complementari vs. diagnostica tradizionale
FENOTIPICI
o Spettrometria di massa con tecnologia MALDI-
TOF per l’identificazione di batteri e miceti 1-5 h
o AB rapido fenotipico mediante tecnologia
light-scattering (misurazione nefelometrica crescita
batterica) 7h
o Immunolelettroforesi laterale 15’
o QuantaMatrix AB rapido fenotipico
mediante time lapse 4-6h
MOLECOLARI
o Biologia molecolare per ID e AB molecolare
1-2 ore
o Next-Generation Sequencing ( NGS)
Pannelli sindromici
MISTI
Single cell automated time-lapse microscopy (SC-
ATLM) Ibridazione in situ + analisi morfocinetica cellulare
ID 2 h AB 6 h
Direttamente da sangue
T2 Magnetic Resonance (T2MR)
risonanza magnetica miniaturizzata
ID 4/5 h
Meccanismi di resistenza
ID 4/5 h
Meccanismi di resistenza
Identificazione (ID)Antibiogramma (AB)
Gram ID BIOCHIM
1-2 h
Tempi di risposta (TTR) teorici dalla
positivizzazione
IncubazioneCheck-in
AB
Positivizzazione
AB
preliminare
ID BIOCHIM
preliminare
16 -24 h >= 40 h
Aggiustamento
ter. empirica
Aggiustamento
ter. empirica
Ter.
definitiva
Emocoltura: lo standard-of-care per la diagnostica microbiologica della sepsi
2 – 110 h
mediana 21 h
Empirica
- 1 giorno
Gram
48h
IncubazioneCheck-in IdentificazioneAntibiogramma
Gram
Incubazione
2h
ID MALDI
Check-in
T e r a p i a a n t i b i o t i c a
Riduzione TTR :spettrometria di massa MALDI-ToF
Definitiva
Empirica
Revisione
più precisa
subcoltura rapida 24h24h
4h
ID +
ATB
- 1 giorno
Gram
48h
IncubazioneCheck-in IdentificazioneAntibiogramma
Gram
Incubazione
LFIA
Check-in
T e r a p i a a n t i b i o t i c a
Riduzione TTR : LFIA ( immunocromatografia laterale)
Definitiva
Empirica
Revisione
più precisa
subcoltura rapida
LFIA+ ID MALDI
24h24h
- produzione enzima
- tipo di carbapenemasi
ID +
ATB
- 1 giorno
Gram
48 h
IncubazioneCheck-in IdentificazioneAntibiogramma
Gram
Incubazione
NAAT
Check-in
T e r a p i a a n t i b i o t i c a
Riduzione TTR : NAAT
Definitiva
Empirica
Revisione
più precisa
subcoltura rapida 24h24h
Escherichia coli,
Enterobacter spp.
Klebsiella oxytoca,
Klebsiella pneumoniae
Serratia marcescens
Proteus spp.
Citrobacter spp.
Acinetobacter spp.
Pseudomonas aeruginosa
CTX-M (ESBL)
KPC
OXA
VIM
NDM
IMP
ID +
ATB
Empiric Definitive
Gram
Incubation2 h
ID
AB
7 h
Single-cell
automated
time-lapse
microscopy
- 2 days
Gram
48 h
ID +
ATBIncubation IdentificationAntibiogram
Riduzione TTR : Single Cell Automated Time-lapse Microscopy
Definitive
Gram
48 h
Incubation IdentificationAntibiogram
Riduzione TTR : T2
• C. albicans e C. tropicalis (A / T)
• C. krusei e C. glabrata (K / G)
• C. parapsilosis (P)
E. coli
K. pneumoniae
P. aeruginosa
A. baumannii
S. aureus
E. faecium
4 -5 h
Revisione
più precisa
Incubation+subcoltura
rapida
ID +
ATB
ID +
ATB
24h24h
1515 33
99
MERS-CoVMERS-CoV
cc
OXA (carbapenem resistance)OXA (carbapenem resistance)
Filmarray pneumonia panel
Nuovo pannello sindromico
KPC OXA-48Ceftazidime
Avibactam
Imipenem
Relebactam
Aztreonam
AvibactamNDM
Meropenem
VaborbactamKPC
VIMOXA-48
Cefiderocol
KPC
KPC
KPC OXA-48 VIM NDM
NAAT per emocolture positive: impatto su antimicrobial stewardshipNAAT per emocolture positive: impatto su antimicrobial stewardship
Emocoltura positiva dopo 12 ore
Sepsi in paziente post-cardiochirurgico
Empirica: MEROPENEM + VANCOMICINA
Revisione anticipabile di 1-2 giorni
Cocchi Gram-positivi
++
-----------
------
-----
---
emocultura: positiva dopo 11 hrs
Gram-negativi bacilli
Sepsi in pz con chirurgia addominale
Empirico: Pip/Tazo + Vancomicina Escherichia coli,
Enterobacter spp.
Klebsiella oxytoca,
Klebsiella pneumoniae
Serratia marcescens
Proteus spp.
Citrobacter spp.
Acinetobacter spp.
Pseudomonas aeruginosa
CTX-M (ESBL)
KPC
OXA
VIM
NDM
---+-----
-+---
NAAT + microarray
Verigene® GN
1.5 hrs
AST molecolare
ID molecolare
Upgrade terapia anti-CRE con anticipo 24/48 ore
NAAT per emocolture positive: impatto su antimicrobial stewardshipNAAT per emocolture positive: impatto su antimicrobial stewardship
Dopo 22 h: emocoltura positiva per bacilli Gram-
Considera downgrade a Pip/Tazo (anticipato di 24-48 h)
Empirico: Imipenem/Cilastatin
ID molecolare = E. coli;
AB molecolare: negativo per CTX-M (la più
comune ESBL) e carbapenemasi (KPC, OXA-48,
VIM, NDM)
1.5 hrs
Paziente settico proveniente da casa di riposo (storia
pregressa di UTI)
NAAT per emocolture positive: impatto su antimicrobial stewardshipNAAT per emocolture positive: impatto su antimicrobial stewardship
Molecular ID and antibiogram: impact on antimicrobial stewardshipMolecular ID and antibiogram: impact on antimicrobial stewardship
Blood culture positivity, 5 hrs
A case of febrile neutropenia (SCT recipient)
Empiric: MEROPENEM + LINEZOLID
Molecular ID (1 h 30’):
K. pneumoniae
Molecular ATB (1 h 30’):
Resistance genes
CTX-M negative
KPC positive
VIM negative
OXA-48 negative
NDM negative
Revision anticipated by 2 days
Revision? upgrade to anti-CRE regimen
Film Array BCID system – studi cliniciFilm Array BCID system – studi clinici
Study designNo.
patientsCountry/ setting Patients Outcomes
Effect on time
to appropiate
therapy
Overall
study
quality
Reference
Single center,
Pre/post68
USA, medical
center
Adults with
VRE BSI
No differences in:
- 30-day mortality
- readmission rate
- ICU LOS
Yes Good
MacVane et
al. Infectious
diseases 2016
Single center,
Pre/post100
UK, Tertiary
Children's
Hospital
Children with
BSI
Several cases
conducted to early
discharge
Yes LowRay et al. –
PIDJ 2016
Prospective
randomized
controlled
617USA, Tertiary care
hospital
Adults and
children with
BSI
No differences in:
- 30-day mortality
- LOS
- Total cost per
patient
Yes HighBanerjee et
al. CID 2015
- No differenze in mortalità e durata degenza
- terapia appropriata in tempi ridotti
Impact of the FILMARRAY pneumonia panel on antimicrobial stewardship inpneumonia patients
results of the FA-PP would have led to an early switch of antibiotics in 50/63 episodes (79%):
de-escalation in 35/63 (55%) and escalation in 15/63 (24%).
FA-PP results combined with advice from an antimicrobial stewardship expert, would have
saved 133 days of broad-spectrum antibiotics.
Conclusions: FA-PP has the potential to optimize antimicrobial treatment and reduce
inappropriate use of broadspectrum antibiotics in pneumonia patients. These promising
results must be confirmed by randomized studies.
Diagnostica microbiologica fast: limiti
Arena et al – Fut Microbiol 2017
o NAAT : ricerca solo alcuni patogeni / meccanismi di R
o NAAT : possibile sovrastima resistenze (geni non espressi)
o Possibili falsi negative per mutazioni del target
o Informa prevalentemente su resistenze
o No informazioni sulla MIC
o Informazioni di tipo diverso / non sostitutivo
o Costi : una diagnostica non applicabile a tutti I pazienti
Gram
Incubation2 h
ID
AB
7 h
Single-cell
automated
time-lapse
microscopy
No eccezionale corrispondenza MIC alcune associazioni micorganismo/antibiotico
P. aeruginosa (categorical agreement 71.9%; with cefepime 33.3%, piperacillin-tazobactam 77.8%, ceftazidime 0%)
Gram
+ 2 giorni
ID BIOCHEM
Incubation IdentificationAntibiogram
ID MALDI
AntibioticMIC mg/L
(S/I/R)
Cefazolin ≥32 R
Cefriaxone ≥8 R
Ceftazidime ≥32 R
Cefepime ≥32 R
Pip/Tazo 128 R
Ertapenem 2 R
Meropenem ≥8 R
Amikacin ≥64 R
Gentamicin ≤1 S
Ciprofloxacin ≥4 R
Colistin ≤0.5 S
K. pneumoniae isolate
Riduzione TTR : Single Cell Automated Time-lapse MicroscopyRiduzione TTR : Single Cell Automated Time-lapse Microscopy
Polimicrobici???Descours et Al Eur J Clin Microbiol Infect Dis. 2018
AntibioticMIC mg/L
(S/I/R)
Amoxi/Clav >16 R
Pip/Tazo >128 R
Ceftriaxone >4 R
Ceftazidime >128 R
Cefepime >32 R
Ertapenem >1 R
Imipenem >16 R
Meropenem >64 R
Fosfomycin >128 R
Amikacin >16 R
Gentamicin 1 S
Ciprofloxacin >4 R
Tigecycline 1 S
Colistin >8 R
CAZ-AVI 4 S
antibiogramma fenotipico
Antibiogramma molecolare
Genii resistenza:
CTX-M negativo
KPC positivo
VIM negativo
OXA-48 negativo
NDM negativo
- Presunta resistanza ai beta-
lattamici, inclusi
carbapenemi
- Probabile sensibilità a CAZ-
AVI
- Nessuna informazione sulla
sensibilità a altre molecole
- No MIC
Antibiotic
Amoxi/Clav R
Pip/Tazo R
Ceftriaxone R
Ceftazidime R
Cefepime R
Ertapenem R
Imipenem R
Meropenem R
Fosfomycin ?
Amikacin ?
Gentamicin ?
Ciprofloxacin ?
Tigecycline ?
Colistin ?
CAZ-AVI S
Antibiogramma molecolare e antibiogramma fenotipicoAntibiogramma molecolare e antibiogramma fenotipico
Klebsiella pneumoniae
AntibioticMIC mg/L
(S/I/R)
Amoxi/Clav 8 S
Pip/Tazo 4 S
Ceftriaxone 0.12 S
Ceftazidime 0.25 S
Cefepime <0.12 S
Ertapenem 0.12 S
Imipenem <0.50 S
Meropenem <0.12 S
Fosfomycin 8 S
Amikacin 4 S
Gentamicin 1 S
Ciprofloxacin >4 R
Tigecycline 0.5 S
Colistin 0.5 S
- Probabile sensibilità ai
carbapenemi; possibile
sensibilità cefalosporine
e BLICs
- Nessuna informazione sulla
sensibilità a altre molecole
- No MIC
Antibiotic
Amoxi/Clav S?
Pip/Tazo S?
Ceftriaxone S?
Ceftazidime S?
Cefepime S?
Ertapenem S
Imipenem S
Meropenem S
Fosfomycin ?
Amikacin ?
Gentamicin ?
Ciprofloxacin ?
Tigecycline ?
Colistin ?
antibiogramma fenotipico
E. coli
Geni resistenza
CTX-M negative
KPC negative
VIM negative
OXA-48 negative
NDM negative
Antibiogramma molecolare
Antibiogramma molecolare e antibiogramma fenotipicoAntibiogramma molecolare e antibiogramma fenotipico
Assenza dei più comuni geni codificanti per carbapenemasi: l’informazione non
consente di predire il profilo di resistenza ai ß-lattamici. Probabile sensibilità a
ceftalozano/tazobactam
A recent survey of infectious disease physicians demonstrated that 67.5% think that new diagnostic testing is becoming too complex for non-infectious disease physicians.The reporting of increasingly specific,species-level identification of
pathogens not widely familiar to general clinicians can create confusion.
Clinicians may also require decision support to navigate some of the pitfalls in the
interpretation of rapid molecular infectious disease diagnostics.
Diagnostic stewardship is needed to implement appropriate tests for the clinical setting and
to direct testing toward appropriate patients. Antimicrobial stewardship is needed to ensure
prompt appropriate clinical action to translate faster diagnostic test results
in the laboratory into improved outcomes at the bedside.
6. Early microbiological diagnosis and AST
1)..
2) Make every effort to reduce identification and
AST turnaround times (adopt matrix-assisted
laser desorption time of flight and molecular
diagnostic systems for microbial identification and
detection of key resistance mechanisms).
3) Design personalized diagnostic workflows and
rationalize the use of new technologies, adopting
patient stratification criteria (severity of illness
and/or risk of rapid clinical progression).
4) Actively support ASP components and other
clinicians in interpretation of the clinical
microbiology laboratory results.
5) Implement the use of rapid diagnostics in
primary care settings, in order to guide antibiotic
prescription by general practitioners.
Bioscore: uno strumento per scegliere il percorso diagnostico-terapeutico“Chi va in diagnostica rapida? O meglio qual è il giusto paziente che può beneficiare al meglio della diagnostica rapida?”
L’utilizzo combinato e integrato di score clinici validati può aiutare il clinico in tale arduo compito. Di fatto il
bioscore è un approccio pratico per indirizzare a un percorso microbiologico rapido con l’obiettivo di
conseguire un’indicazione esplicita e condivisa all’inserimento della diagnostica microbiologica rapida nella
pratica clinica
Diagnostic stewardship: prioritizing patients for access to fast-track Micro Labs
Verso la differenziazione dei processi diagnostici per “intensità di cura”
Evoluzione tecnologia
• Evoluzione competenze microbiologo
• Evoluzione competenze clinici
• Formazione continua e continua riqualificazione delle risorse umane con rafforzamento delle competenze specifiche delle varie professionalità
conclusioni
o Nuove tecnologie diagnostiche consentono di accorciare
significativamente i tempi di risposta e la sua accuratezza
ma è necessaria la consapevolezza dei vantaggi e
limiti
o Evidenze per impatto clinico: presenti ma ancora
limitate (complessità degli studi di validazione)
o Impatto economico ed organizzativo: necessità di
posizionarle correttamente nel percorso diagnostico
(stewardship diagnostica) e necessità di seri programmi
di stewardship antimicrobica
o Verso la differenziazione dei processi diagnostici per
“intensità di cura”