An der Praxis orientierte Labortests

TB - or not TB

Die Anforderungen von Laboren an diagnostische Tests und die dazugehörigen Geräte sind vielfältig. Bei der Entscheidung, ob ein neues Testsystem ins Repertoire aufgenommen werden soll, spielen neben dem Probenaufkommen auch der gewünschte Automatisierungsgrad und die Schnelligkeit, in der Ergebnisse vorliegen, eine wichtige Rolle.

Will ein Labor eine bestimmte Diagnostik anbieten, gibt es meist mehrere Möglichkeiten, mit welcher Ausstattung Analysen durchgeführt werden können. Bei der Auswahl ist vieles zu berücksichtigen: Die dafür nötige Ausrüstung muss nicht nur zur Größe des Labors und zur Anzahl der erwarteten Proben passen, sondern die Tests müssen sich auch ganz grundsätzlich in die tägliche Laborroutine vor Ort integrieren lassen. Ein weiterer wichtiger Punkt ist die vorhandene Erfahrung der Mitarbeiter; schließlich ist die Einführung einer gänzlich neuen Technologie – etwa der Einstieg in PCR-Tests (englisch: polymerase chain reaction) – mit mehr Einarbeitungsaufwand verbunden, als wenn es nur um einen weiteren Test geht, der sich mit vorhandener Infrastruktur und nach einer einfachen Einweisung durchführen lässt. Tests, die manuelle Arbeitsschritte umfassen, sind erklärungsintensiver als solche, die sich auf Knopfdruck durchführen lassen. Grundsätzlich sind praxisnahe Lösungen gefragt, die im besten Fall die Möglichkeit bieten, an die Anforderungen des einzelnen Labors angepasst zu werden. Das kann beispielsweise bedeuten, ein und denselben Test mit der jeweils dazu passenden Laborausrüstung bei einem hohen Probendurchsatz mit hohem Automatisierungsgrad und bei einem niedrigen mit wenigen manuellen Arbeitsschritten durchführen zu können. Wird in Kauf genommen, Hand anzulegen, lassen sich auf diese Weise auch diagnostische Tests realisieren, die vom Aufkommen her nicht die Anschaffung einer vollautomatisierten Lösung rechtfertigen (Bild 1).

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Mikrobiologie – Beispiel Tuberkulose
Dass insbesondere mikrobiologische Testsysteme mit hoher diagnostischer Sicherheit immer schneller umfangreiche Informationen liefern müssen, ist auch die Folge zunehmender Antibiotikaresistenzen. Erst eine sichere Diagnostik ermöglicht den Beginn zielgerichteter Therapiemaßnahmen. Der Faktor Zeit rückt PCR-basierte Labortests in den Fokus, die innerhalb von wenigen Stunden direkt aus der Patientenprobe Ergebnisse liefern – im Gegensatz zu konventionellen Tests über Kulturen, bei denen es je nach zu untersuchendem Erreger Tage oder sogar Wochen dauert, bis das Ergebnis vorliegt.

Beim Nachweis von Tuberkulose (TB) trifft das alles zu: TB ist laut Robert-Koch-Institut zwar behandelbar, dennoch fordert sie von allen bakteriellen Infektionskrankheiten immer noch die meisten Todesopfer weltweit [1]. In den beiden Leitlinien zur Tuberkulose im Erwachsenenalter [2] sowie im Kindes- und Jugendalter [3], deren neue Versionen Mitte 2017 fertiggestellt werden sollen, wird explizit darauf hingewiesen, dass eine schnelle Bestimmung des Erregers und seines Resistenzprofils von übergeordneter Bedeutung ist. Denn nur mit optimal wirksamen Antituberkulotika lässt sich TB erfolgreich behandeln. Eine multiresistente TB (MDR-TB) liegt vor, wenn die Erreger gegen die beiden wichtigsten Erstrang-Antituberkulotika Rifampicin und Isoniazid resistent sind. Die Weltgesundheitsorganisation WHO spricht aufgrund der hohen Zahl der nachgewiesenen Resistenzen im Global Tuberculosis Report 2016 zwischenzeitlich von einer MDR-TB-Krise [4]: 2015 wurden 480 000 Fälle mit MDR-TB nachgewiesen und weitere 100 000 Fälle mit einer Monoresistenz gegen Rifampicin. Hier kann es durch die Verabreichung ungeeigneter, weil unwirksamer Antibiotika zur Ausbreitung resistenter Bakterien sowie zur Ausbildung weiterer Resistenzen kommen. Die Zweitrangmedikamente sind jedoch der Behandlung einer MDR-TB vorbehalten. Sie dürfen keinesfalls ohne gesicherte Diagnose zum Einsatz kommen, nicht nur, um ihre zukünftige Wirksamkeit zu erhalten, sondern auch, weil sie häufig zu starken Nebenwirkungen führen und teurer sind. Neben der MDR-TB ist es vor allem die zunehmende extensiv resistente TB (XDR-TB), die den Medizinern Sorgen bereitet, da hier selbst bestimmte Zweitrangmedikamente nicht mehr wirken.

Bild 1: Der GenoType MTBDRplus ist in unterschiedlichen Automatisierungsgraden erhältlich. Auf diese Weise lassen sich diagnostische Tests realisieren, die vom Probenaufkommen her nicht die Anschaffung einer vollautomatisierten Lösung rechtfertigen. (Bild: Hain Lifescience)

PCR-Tests beschleunigen Diagnose und Behandlung
Hain Lifescience ist seit über 30 Jahren Anbieter von In-vitro-Diagnostik. Durch die enge Kooperation mit internationalen und nationalen Referenzzentren, Universitäten, Kliniken und Laboren fließen neben wissenschaftlichen Erkenntnissen auch die Belange der Anwender in die Lösungen ein, um praxistaugliche Produkte entwickeln zu können. Die im Unternehmen entwickelten Labortests ermöglichen schnelle, zuverlässige Nachweise. Beispiele dafür sind der GenoType MTBDRplus und der FluoroType MTBDR: Beide Tests basieren auf der Polymerase-Kettenreaktion. Sie eint im Vergleich zu Tests, für die Kulturen notwendig sind, dass die Ergebnisse binnen wenigen Stunden verfügbar sind. Denn bei PCR-Verfahren reichen kleinste Mengen der bakteriellen DNA im Probenmaterial aus, um sie spezifisch zu vervielfältigen.

Der GenoType MTBDRplus liefert Ergebnisse sowohl aus pulmonalen mikroskopisch-negativen oder mikroskopisch-positiven Patientenproben als auch aus Kulturproben. Das Testsystem kann beispielsweise bei Patienten mit unbekannter Anamnese oder Herkunft aus stark gefährdeten MDR-TB-Regionen sowie bei Betroffenen aus Ländern mit hoher TB-Prävalenz oder Regionen mit hohem Anteil an MDR-TB eingesetzt werden.

Patientengruppen mit erhöhtem Risiko einer TB-Infektion sollten beim Eintritt ins Krankenhaus getestet werden. Der Test basiert auf der DNA-STRIP-Technologie (Bild 2) und ist mit unterschiedlichen Automatisierungsgraden erhältlich, lässt daher die Wahl zwischen manuellem und automatisiertem Vorgehen. Unter Berücksichtigung der für PCR-Tests üblichen Voraussetzungen im einzelnen Labor kann dieser Test deshalb auch überall zum Einsatz kommen.

Bild 2: Der GenoType MTBDRplus basiert auf der DNA-STRIP-Technologie. Die Auswertung erfolgt durch Ablesen des Ergebnisses vom Teststreifen. (Bild: Hain Lifescience)

Vollautomatisiert läuft hingegen der 2017 auf den Markt gekommene PCR-basierte Test FluoroType MTBDR. Er weist TB und auch MDR-TB innerhalb von drei Stunden nach. Die Fluo-roType-Technologie trägt der zunehmenden Bedeutung von gleichzeitig schnellen und aussagekräftigen Labortests Rechnung: Damit liegen Testergebnisse nicht nur schneller und auf einen Blick vor, darüber hinaus erlaubt die FluoroType-Technologie auch den Nachweis seltener oder noch unbekannter Mutationen in den Zielgenen. Die Auswertung erfolgt automatisch über die „lernende“ Fluoro-Software und wird in einem FluoroCyclerReport übersichtlich dargestellt (Bild 3). Die intelligente Software lässt sich um neu entdeckte Mutationen erweitern, so dass sie zukünftig genauer spezifiziert werden können. Auf diese Weise unterstützt der FluoroType MTBDR das Aufdecken neuer Mutationen und übernimmt diese auch gleich in die Untersuchungsroutine.

Die zu Grunde liegende Technologie wurde von einer amerikanischen Forschungsgruppe erfunden und von Hain Lifescience zu einem In-vitro-Diagnostikprodukt weiterentwickelt. Dieses Verfahren kombiniert die Amplifikation mittels „Asymmetric excess PCR“ (bzw. LATE-PCR [5,6]) und die Detektion über fluoreszenzmarkierte Lights-On-/Lights-Off-Sonden. Der hohe Automatisierungsgrad vereinfacht und beschleunigt die Testdurchführung und ermöglicht einen hohen Probendurchsatz: Bis zu 96 Proben lassen sich gleichzeitig abarbeiten. Amplifikation und Detektion finden in einem optischen Thermocycler, dem FluoroCycler 96, statt, der sich auch zur Durchführung sämtlicher weiterer FluoroType-Tests verwenden lässt.

Bild 3: Die Auswertung des FluoroType MTBDR erfolgt automatisch und wird in einem FluoroCycler Report übersichtlich dargestellt. (Bild: Hain Lifescience)

Die Reduzierung der Wartezeit auf die Resultate von fünf Stunden (mit dem GenoType) auf drei (mit dem FluoroType) mag im ersten Moment wenig erscheinen. Tatsächlich lässt sich in der Praxis jedoch ein drei Stunden dauernder Test, der die Ergebnisse auch noch automatisiert darstellt, oft deutlich einfacher in einen Laborarbeitstag integrieren. Das kann bedeuten, dass Kliniker Ergebnisse anstatt am Folgetag schon am Tag des Probeneingangs erhalten.

Schnell zum Ergebnis
Resistente Erreger sind eine dauerhafte Herausforderung für die Kliniker. Viele Gründe tragen dazu bei, dass dies so bleiben wird, beispielsweise die hohe Mobilität der Menschen oder der nicht immer korrekte Einsatz von Antibiotika.

Jeder profitiert als Patient davon, wenn Labore über geeignete Tests samt der dazugehörigen Ausstattung verfügen, um zügig und sicher Ergebnisse zu produzieren, anhand derer möglichst schnell die richtige Therapie eingeleitet werden kann. Es darf nicht von der Größe eines Labors oder dem Probenaufkommen abhängen, ob sich ein Test durchführen lässt oder nicht. Vielmehr muss die Labortechnik jedem Labor ermöglichen, die steigenden Anforderungen aus der Klinik zu erfüllen.

[1] Website des Robert Koch-Instituts: http://bit.ly/2rIHWgY, abgerufen am 10.04.2017
[2] AWMF online: http://bit.ly/2qHq3R6, abgerufen am 10.04.2017
[3] AWMF online: http://bit.ly/2qc82H6, abgerufen am 10.04.2017
[4] Global Tuberculosis Report 2016 http://bit.ly/1igxt23, abgerufen am 10.04.2017.
[5] J. Aquiles Sanchez et al: Linear-After-The-Exponential (LATE)-PCR: An advanced method of asymmetric PCR and its uses in quantitative real-time analysis. PNAS, February 17, 2004, vol. 101, no. 7, 1933–1938.
[6] PubMed: http://bit.ly/2rILu2W, abgerufen am 10.04.2017.

Dr. Michael Weizenegger
MVZ Labor Dr. Limbach & Kollegen GbR, Heidelberg

Dr. Vera Allerheiligen
Hain Lifescience GmbH, Nehren
E-Mail: info@hain-lifescience.de

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