Ein neues Tool kann es Ärzten ermöglichen, bakterielle Infektionen im Körper zu "sehen"

Ein neues Tool kann es Ärzten ermöglichen, bakterielle Infektionen im Körper zu "sehen"

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Anonim

Wissenschaftler von UC San Francisco haben ein Bildgebungs-Tool entwickelt, mit dem Ärzte bakterielle Infektionen im Körper schnell lokalisieren und visualisieren und andere häufige Entzündungsursachen wie Autoimmunreaktionen ausschließen können.

Am 11. August 2017 berichtete das UCSF-Forscherteam in Scientific Reports, dass Scans, die mit der als PET (Positronen-Emissions-Tomographie) bezeichneten Bildgebungstechnik durchgeführt wurden, Infektionen bei Mäusen effektiv durch eine der beiden Gruppen von Bakterien, gramnegativ und gram, nachweisen konnten -positiv, ohne ein Signal von anderen Ursachen der Entzündung zu erzeugen.

Die neue Arbeit verwendet D-Methionin, eine Aminosäure, die sowohl von gramnegativen als auch von gram-positiven Bakterien, an die ein schwach radioaktives Atom chemisch gebunden wurde, leicht absorbiert wird. Wenn die PET-Bildgebung auf D-Methionin-Basis für die Anwendung beim Menschen zugelassen wäre, würden Ärzte, die sich einer schwierigen Diagnose stellen, viel schneller Infektionen finden und behandeln können. Die Methode könnte Ärzten auch bei der Verschreibung von Antibiotika, die bei übermäßiger Anwendung resistente Bakterienstämme fördern können, mehr Sicherheit geben.

"Wir haben diese Szenarien die ganze Zeit", sagte Michael Ohliger, MD, PhD, Dozent für Radiologie und Biomedizinische Bildgebung an der UCSF und einer der leitenden Autoren des Papiers. Die Patienten werden über chronische Schmerzen klagen - etwa um ein neues Implantat oder einen kürzlichen chirurgischen Einschnitt - und es ist schwer zu sagen, ob der Bereich infiziert ist oder nur nach der Operation entzündet ist, erklärte er.

"Derzeit sagen wir, ob es sich um eine Infektion handelt oder nicht, basierend auf anderen Informationen und fundierten Vermutungen. Aber das würde es uns erlauben, mit dem Raten aufzuhören und es sicher zu wissen", sagte Ohliger.

Zusammenarbeit Erstellte einen besseren PET-Bildagenten

Um eine PET-Bildgebung durchzuführen, injizieren Ärzte Patienten mit kleinen Dosen von "Radiotracern", die an bestimmte Proteine ​​binden oder sich in Tumoren, entzündeten Bereichen und anderen Problemstellen anreichern. Der am häufigsten verwendete Tracer, ein zuckerähnliches Molekül namens FDG, akkumuliert in infizierten Gebieten, folgt aber auch Immunzellen auf keimfreie Entzündungsstellen und Tumore. Und die Behandlung für eine sterile Entzündung - in der Regel eine Form von Immunsuppressivum - ist das letzte, was Ärzte für einen Patienten mit einer Infektion wollen.

Andere Tracer, wie radiomarkierte Antikörper, die sich an bestimmte Bakterien anlagern, könnten viele infektiöse Stämme leicht übersehen und können auch ein stärkeres Signal von toten Bakterien - die oft gerissen sind und ihren Inhalt verloren haben - aussenden als von intakten, lebenden.

Die Suche nach einem besseren Radiotracer brachte Ohliager zusammen mit Kollegen UCSF Forscher David Wilson, MD, PhD, und Oren Rosenberg, MD, PhD, die anderen älteren Autoren des Papiers. Rosenberg, Assistenzprofessor für Medizin, studiert und behandelt Infektionskrankheiten, daher wünschte er sich schon lange ein besseres Bildgebungswerkzeug. Wilson, ein außerordentlicher Professor für Radiologie, hatte ein Labor, das Erfahrung in der Synthese und dem Testen neuer bildgebender Chemikalien hatte. "Es ist ein großartiges Beispiel dafür, dass Menschen aus verschiedenen Bereichen ihre Expertise kombinieren", sagte Rosenberg.

Das ideale Molekül würde nur lebende Bakterien nachweisen, statt sich wahllos an lebende oder tote Zellen zu binden; es hatte eine aktive Rolle in ihrem Wachstum gespielt. Und es könnte keine Substanz sein, die von menschlichen Zellen verwendet wird, denn dann würde jede Zelle im Körper auf einem PET-Scan "aufleuchten".

In bakterielle Zellwände eingearbeitetes Molekül

Eine Gruppe von Molekülen, die dazu passt, sind die D-Aminosäuren, die Bakterien aus ihrer Umgebung aufnehmen, um ihre schützenden Zellwände aufzubauen. Diese Moleküle sind Spiegelbilder der L-Aminosäuren, mit denen alle Organismen Proteine ​​aufbauen. Aber menschliche Zellen verwenden die D-Sorte viel weniger, so dass das Team eine radioaktiv markierte D-Aminosäure für Bakterien in Frage stellte.

Das Team entschied sich für D-Methionin, eine kleine Komponente der bakteriellen Zellwände, die sie fanden, wenn sie radiomarkiert wurden. Um die Fähigkeiten von D-Methionin zu untersuchen, injizierten die Forscher infektiöse Bakterien - sowohl gramnegative Staphylococcus aureus ("Staphylokokken") als auch grampositive Escherichia coli - in Mäuse. Als sie später D-Methionin-Moleküle, die mit einem einzelnen radioaktiven Kohlenstoff-11-Atom markiert waren, in die Mäuse injizierten, zeigte die PET-Abtastung, dass der Radiotracer an beiden Arten von Injektionsstellen akkumulierte.

"Viele Radiotracer können gramnegative Infektionen nachweisen, aber viele der Infektionen, die uns interessieren, sind gram-positiv, also ist das riesig", sagte Wilson.

Die Bildgebung hat die Injektionen von toten Bakterien nicht erkannt und zeigte, dass das Diagnose-Tool nur aktive Infektionen aufnahm.

Radiotracer sollte schnell anpassbar sein

Anders als einige andere experimentelle Radiotracer ist "radiomarkiertes D-Methionin völlig trivial zu machen", sagte Wilson. "In vielen, vielen medizinischen Zentren gibt es automatisierte Geräte zur Herstellung von L-Methionin" und die Herstellung von D-Methionin erfordert einfach den Start mit einem etwas anderen Molekül.

Das Team hofft daher auf eine schnelle Übertragung ihrer D-Methionin-Befunde zur Diagnose bei menschlichen Patienten. "Ich erwarte keinen Unterschied zwischen den Mäusen und Menschen, da der Tracer nur gegen Bakterien gerichtet ist", sagte Javier Villanueva-Meyer, MD, Dozent für klinische Radiologie an der Universität von Virginia, der die PET-Experimente als Postdoc in Wilsons Labor.

Bei einer Zulassung könnte die Bildgebung indirekt zur Bekämpfung der Antibiotikaresistenz beitragen. "Wenn ein Arzt nicht weiß, ob es sich um ein infektiöses oder entzündliches Problem handelt, können sie Breitbandantibiotika überschreiben, was zu Antibiotikaresistenzen führt", sagte Kiel Neumann, PhD, Assistenzprofessor für Biomedizin und Radiologie an der Universität von Virginia und dem anderen Hauptautor der Zeitung. "Mit diesem Ansatz erhält der Arzt eine definitive Diagnose."

Auch das Scannen während der Behandlung, um zu sehen, ob eine Infektion reagiert, könnte Ärzten helfen, Infektionen mit Antibiotika zu behandeln, gegen die diese Infektionen bereits resistent sind. "Sie würden sofort sehen, ob Sie eine Antwort bekommen", sagte Rosenberg.

Wenn die Infektion nicht anspricht, würden die Ärzte die Behandlung wechseln. Und die Behandlung könnte schnell enden, nachdem die Infektion besiegt wurde. "Das ist der Inbegriff der Präzisionsmedizin", sagte Neumann.