На сегодня антибиотикорезистентность является одной из ведущих мировых проблем здравоохранения в связи с чрезмерным, а подчас и неоправданным применением различных антибиотиков в медицине, сельском хозяйстве и других сферах деятельности человека. Согласно проведенным оценкам, в 2014 г. мультирезистентные инфекции стали причиной более 700 тыс. летальных случаев в целом среди населения планеты, более того, по прогнозам ученых, к 2050 г. эта цифра достигнет 10 млн человек.
Помимо негативного воздействия на человеческий организм, антибиотикорезистентность представляет собой и экономическое бремя в сфере медицинского обслуживания, по некоторым подсчетам достигающее 35 млрд дол. США в год в глобальном масштабе, и опять-таки к 2050 г. ожидается, что эта цифра увеличится к порядку 100 трлн дол.
В связи с этим внедрение эффективного менеджмента антибиотикотерапии является важной задачей медицинского сообщества, а в клинических условиях это требует разработки более быстрых и качественных методов диагностики, так как, к примеру, согласно результатам проведенных исследований, у пациентов с септическим шоком каждый час промедления в назначении эффективной антибиотикотерапии снижает выживаемость на 7,6%.
Современные методы выявления устойчивости к антибиотикам, как правило, требуют от 2 дней до 1 нед времени с момента взятия биологического образца. В течение этого периода с целью предотвращения ухудшения состояния пациента лечащие врачи, преимущественно эмпирическим путем, зачастую назначают пациентам антибиотики широкого спектра действия в высоких дозах для обеспечения их потенциальной эффективности по отношению к неустановленному патогену. Такой подход также обусловливает развитие антибиотикорезистентности в клинических условиях, более того, оказывает негативное влияние на естественную условно-патогенную микрофлору человека.
В наше время существуют инновационные методы быстрого определения устойчивости к антибиотикам в течение нескольких часов, одним из которых является мониторинг с использованием одноэлементной оптической визуализации. Однако данный подход требует специализированной подготовки медицинских работников и наличие лабораторной оптики с высоким разрешением, что делает его крайне дорогим и сложным в современных реальных условиях.
В связи с этим группа израильских ученых разработала и предложила метод быстрого тестирования фенотипической устойчивости к антибиотикам с использованием специальных матриксных анализаторов, а также предоставила алгоритм автоматического анализа результатов и систему мультиплексирования, способствующую внедрению данного алгоритма в практических медицинских условиях. Работа опубликована 26 июня 2017 г. в журнале Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки «Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America».
Исследователи сообщают, что резазурин (resazurin) представляет собой минимально токсичный флуоресцентный краситель, обычно используемый для анализа жизнеспособности клеток. При проведении этого метода происходит его необратимая реакция с образованием резоруфина (resorufin) — редуцированной молекулы, обладающей еще более выраженными флуоресцентными характеристиками по сравнению с нередуцированным аналогом.
В связи с высокой чувствительностью флуоресцентных систем выявления резазурин использовали для контроля жизнеспособности отдельных бактерий без необходимости визуализации клеток по отдельности, тем самым игнорируя требования наличия специальной оптики высокого разрешения.
Исходя из этого, коллектив ученых во главе с K. Churski разработал новое микрожидкостное устройство, основанное на вышеуказанных свойствах резазурина и способное выполнять анализ устойчивости к антибиотикам в течение 3 ч. Но данный метод имел некоторые недостатки, один из которых — возможность выявления только единичных штаммов патогенной микрофлоры, что не является оптимальным подходом в современной клинической практике.
Исходя из этого, авторы предложили усовершенствованный вариант резазуринового матриксного анализатора, содержащего антибиотики в лиофилизированном виде в каждой наноячейке, образуя единую систему с мультиплексирующим потенциалом. Также разработан автоматический анализатор результатов чувствительности и устойчивости к антибиотикам, причем данный метод применим как к образцам крови, так и к образцам мочи.
Данное устройство состоит из 200 специальных капиллярных наноячеек, отделенных фильтрами и отходящих от основного канала, в который при помощи обычной лабораторной пипетки помещают образец биологической жидкости, а принцип самой системы отвечает всем диагностическим стандартам, разработанным Европейским комитетом по тестированию антимикробной чувствительности (European Committee on Antimicrobial Susceptibility Testing — EUCAST) и Институтом клинических и лабораторных стандартов (Clinical & Laboratory Standards Institute).
Ученые отмечают, что данная система позволяет получить результат в течение 5,5 ч, более того, 80% результатов уже проявляются менее чем за 4,5 ч. При этом разрабатываются определенные меры по оптимизации данной методики, что позволит еще более минимизировать время для получения результата. Авторы уточняют, что дополнительным преимуществом такого способа является низкое потребление реагентов, равное 1 мкл на каждую тестовую обработку, что многократно сокращает финансовые затраты по сравнению с традиционными методиками.
Также одним из самых важных преимуществ предложенного метода, помимо высокой скорости и экономической эффективности, является его высокая чувствительность при минимально необходимом (на 3 порядка меньше по сравнению с традиционными способами) количестве инфекционных агентов.
В заключение проведенной работы исследователи отметили важность предложенного метода, который позволит максимально сократить время выявления конкретного возбудителя, эффективно внедряя в практическую медицинскую среду возможность наиболее целесообразного использования антибиотиков, тем самым дополнительно уменьшая современное всемирное бремя как антибиотикорезистентности, так и, возможно, ассоциированной с ней полипрагмазии.
- Avesar J., Rosenfeld D., Truman-Rosentsvit M. et al. (2017) Rapid phenotypic antimicrobial susceptibility testing using nanoliter arrays. Proc. Natl. Acad. Sci. U S A., Jun 26 [Epub. ahead of print].
Олег Мартышин
