EA046276B1 - ELECTROCHEMICAL MEASUREMENT OF D-LACTATE FOR DIAGNOSIS AND PREDICTION OF INFECTIOUS DISEASE - Google Patents
ELECTROCHEMICAL MEASUREMENT OF D-LACTATE FOR DIAGNOSIS AND PREDICTION OF INFECTIOUS DISEASE Download PDFInfo
- Publication number
- EA046276B1 EA046276B1 EA202192954 EA046276B1 EA 046276 B1 EA046276 B1 EA 046276B1 EA 202192954 EA202192954 EA 202192954 EA 046276 B1 EA046276 B1 EA 046276B1
- Authority
- EA
- Eurasian Patent Office
- Prior art keywords
- lactate
- sample
- infection
- vitro method
- electrochemical
- Prior art date
Links
Description
Настоящее изобретение относится к in vitro способу диагностики, прогнозирования, оценки риска, мониторинга, терапевтического ведения и/или терапевтического контроля инфекционного заболевания, включающему (a) обеспечение образца субъекта, проявляющего клинические симптомы инфекции и/или подозреваемого на наличие инфекции, (b) определение уровня D-лактата в указанном образце, (c) при этом уровень D-лактата указывает на наличие инфекционного заболевания, отличающемуся тем, что (d) уровень D-лактата в указанном образце определяют с помощью электрохимической сенсорной системы (биосенсора). Согласно вариантам осуществления электрохимическая сенсорная система содержит потенциометрический или амперометрический сенсор. Предпочтительно электрохимическая система содержит связывающую D-лактат молекулу, которая предпочтительно иммобилизована на электроде определения (рабочем). Согласно вариантам осуществления электрод определения с иммобилизованной связывающей D-лактат молекулой состоит из (одноразовой) тест-полоски для вставки в портативное устройство считывания.The present invention relates to an in vitro method for the diagnosis, prognosis, risk assessment, monitoring, therapeutic management and/or therapeutic control of an infectious disease, comprising (a) providing a sample of a subject exhibiting clinical symptoms of infection and/or suspected of having an infection, (b) determining the level of D-lactate in the specified sample, (c) the level of D-lactate indicates the presence of an infectious disease, characterized in that (d) the level of D-lactate in the specified sample is determined using an electrochemical sensor system (biosensor). In embodiments, the electrochemical sensor system comprises a potentiometric or amperometric sensor. Preferably, the electrochemical system contains a D-lactate binding molecule, which is preferably immobilized on the detection (working) electrode. In embodiments, the detection electrode with the immobilized D-lactate binding molecule consists of a (disposable) test strip for insertion into a portable reader.
Уровень техники изобретенияBACKGROUND OF THE INVENTION
Инфекции протезных суставов представляют собой серьезное осложнение, связанное со значительной смертностью и заболеваемостью (1, 2). Своевременный и точный диагноз инфекции имеет решающее значение для планирования адекватного лечения, включающего артроскопическое или открытое хирургическое вмешательство. В протезных суставах низкий уровень воспаления и слабовыраженные клинические симптомы могут препятствовать диагностике инфекции протезного сустава (PJI (от англ. prosthetic joint infection)), которая обычно возникает через несколько месяцев или лет после артропластики.Prosthetic joint infections are a serious complication associated with significant mortality and morbidity (1, 2). Timely and accurate diagnosis of infection is critical to planning adequate treatment, including arthroscopic or open surgery. In prosthetic joints, low levels of inflammation and mild clinical symptoms may preclude the diagnosis of prosthetic joint infection (PJI), which usually occurs several months to years after arthroplasty.
Кроме того, инфекционные заболевания в целом представляют собой важную проблему для здоровья, и срочно необходима ранняя и надежная диагностика с использованием быстрых и последовательных способов тестирования для улучшения терапевтического вмешательства у пациентов с подозрением на инфекционное заболевание или с диагностированным инфекционным заболеванием.In addition, infectious diseases in general represent an important health problem, and early and reliable diagnosis using rapid and consistent testing modalities is urgently needed to improve therapeutic intervention in patients suspected of having or diagnosed with an infectious disease.
Используемые в настоящее время диагностические тесты синовиальной жидкости не обладают высокой чувствительностью и высокой специфичностью в отношении инфекции. Для посева синовиальной жидкости требуется время, пока не начнется рост микробов, и он характеризуется ограниченной чувствительностью и специфичностью, особенно при хронической PJI легкой степени (3-5). Количество лейкоцитов в синовиальной жидкости и отдельных видов лейкоцитов (т.е. процент гранулоцитов) имеет высокую чувствительность (6), но может быть повышено без инфекции в случае вывихов, перипротезного перелома или в течение первых 6 недель после хирургического вмешательства из-за физиологического воспалительного процесса заживления. Новые биомаркеры в синовиальной жидкости, такие как альфадефензин, лейкоцитарная эстераза и кальпротектин (7-9), в большом количестве присутствуют в нейтрофилах, поэтому не могут быть применимы для диагностики PJI у пациентов с асептическими состояниями, связанными с высоким количеством лейкоцитов в синовиальной жидкости.Currently used synovial fluid diagnostic tests do not have high sensitivity and high specificity for infection. Synovial fluid culture requires time until microbial growth begins and has limited sensitivity and specificity, especially in mild chronic PJI (3–5). Synovial fluid leukocyte counts and individual leukocyte counts (i.e., percentage of granulocytes) are highly sensitive (6) but may be elevated without infection in the setting of dislocation, periprosthetic fracture, or during the first 6 weeks after surgery due to physiological inflammatory conditions. healing process. New biomarkers in synovial fluid, such as alphadefensin, leukocyte esterase, and calprotectin (7–9), are abundant in neutrophils and therefore may not be useful for diagnosing PJI in patients with aseptic conditions associated with high leukocyte counts in synovial fluid.
Перипротезная инфекция сустава (PJI (от англ. - periprosthetic joint infection)) представляет собой тяжелое осложнение после артропластики, которое связано со значительной заболеваемостью и смертностью. Точный диагноз инфекции имеет решающее значение для планирования адекватного лечения. Инфекция является причиной повторного хирургического вмешательства более чем в 25% случаев в эпоху ортопедических имплантатов, таких как эндопротезы суставов (26). Используемые в настоящее время диагностические тесты синовиальной жидкости не обладают как высокой чувствительностью, так и высокой специфичностью в отношении инфекции (27). Для посева синовиальной жидкости требуется время, и он характеризуется ограниченной чувствительностью и специфичностью при хронической PJI легкой степени (28-30). Низкий уровень воспаления и слабовыраженные клинические симптомы могут затруднить диагностику PJI, которая может возникать через несколько месяцев или лет после артропластики. Диагноз также затруднен в раннем послеоперационном периоде, когда количество лейкоцитов, Cреактивный белок и клинические признаки затрудняют надежный диагноз из-за местного воспаления тканей (31-33).Periprosthetic joint infection (PJI) is a serious complication after arthroplasty that is associated with significant morbidity and mortality. An accurate diagnosis of infection is critical to planning adequate treatment. Infection is the reason for revision surgery in more than 25% of cases in the era of orthopedic implants such as joint replacements (26). Currently used synovial fluid diagnostic tests lack both high sensitivity and high specificity for infection (27). Synovial fluid culture takes time and has limited sensitivity and specificity in mild chronic PJI (28–30). Low levels of inflammation and mild clinical symptoms may make it difficult to diagnose PJI, which can occur months or years after arthroplasty. Diagnosis is also difficult in the early postoperative period when WBC counts, CRP, and clinical signs make reliable diagnosis difficult due to local tissue inflammation (31–33).
Было предпринято несколько попыток исследовать различные биомаркеры, такие как альфа-2макроглоблулин, аденозиндезаминаза, прокальцитонин, IL-1, IL-6, IL-1e и альфа-дефензин, которые могут помочь отличить PJI от асептической патологии (34-36).Several attempts have been made to investigate various biomarkers, such as alpha-2macroglobulin, adenosine deaminase, procalcitonin, IL-1, IL-6, IL-1e, and alpha-defensin, which may help distinguish PJI from aseptic pathology (34–36).
D-лактат представляет собой специфический в отношении патогена метаболит, используемый для диагностики бактериальной инфекции в первую очередь в стерильных жидкостях организма (10). L- и Dвращающие изомеры лактата являются продуктами внутриклеточного метаболизма. Однако клетки млекопитающих содержат только фермент L-лактатдегидрогеназу (LDH (от англ. -lactate dehydrogenase)) и могут продуцировать почти исключительно L-лактат. Концентрация D-лактата в сыворотке крови человека чрезвычайно низка, в диапазоне от наномолярного до микромолярного, поскольку это второстепенный побочный путь гликолиза.D-lactate is a pathogen-specific metabolite used to diagnose bacterial infection primarily in sterile body fluids (10). L- and D-rotating isomers of lactate are products of intracellular metabolism. However, mammalian cells contain only the enzyme L-lactate dehydrogenase (LDH) and can produce almost exclusively L-lactate. The concentration of D-lactate in human serum is extremely low, ranging from nanomolar to micromolar, because it is a minor side pathway of glycolysis.
Напротив, виды бактерий обладают как D-LDH, так и L-LDH и, следовательно, продуцируют как Dлактат, так и L-лактат. В результате при бактериальных инфекциях концентрация D-лактата увеличивается до миллимолярного диапазона (13, 14). Поэтому в предыдущих отчетах предполагалось, что определение D-лактата в синовиальной жидкости может быть применимо для ранней диагностики септического артрита, особенно по сравнению с окрашиванием по Граму и культивированием (11, 12).In contrast, bacterial species possess both D-LDH and L-LDH and therefore produce both D-lactate and L-lactate. As a result, during bacterial infections, D-lactate concentrations increase into the millimolar range (13, 14). Therefore, previous reports have suggested that determination of D-lactate in synovial fluid may be useful for the early diagnosis of septic arthritis, especially when compared with Gram staining and culture (11, 12).
- 1 046276- 1 046276
Еще в 1990-х годах было проведено несколько исследований по измерению концентрации Dлактата в некоторых первичных стерильных жидкостях организма, чтобы отличить инфекцию от асептического воспаления (40-42). Было показано, что D-лактат является многообещающим маркером для диагностики инфекций в различных жидкостях организма, например, при бактериальном менингите и септическом артрите (41, 43), в том числе у пациентов, получающих противомикробную терапию (40).As early as the 1990s, several studies were conducted to measure D-lactate concentrations in certain primary sterile body fluids to distinguish infection from aseptic inflammation (40–42). D-lactate has been shown to be a promising marker for the diagnosis of infections in various body fluids, such as bacterial meningitis and septic arthritis (41, 43), including in patients receiving antimicrobial therapy (40).
Однако установленные тесты для диагностики инфекционных заболеваний и, в частности, PJI характеризуются относительно низкой специфичностью. Это также оказалось верным при измерении концентрации D-лактата в образце с использованием общепринятых анализов D-лактата, в частности, спектрофотометрических анализов.However, established tests for diagnosing infectious diseases and PJI in particular have relatively low specificity. This also proved to be true when measuring the D-lactate concentration in a sample using conventional D-lactate assays, particularly spectrophotometric assays.
В области химического и биологического определения наблюдается тенденция к применению многоцелевых устройств, которые не требуют или почти не требуют обучения пользователя. Существует множество вариантов преобразователей для преобразования сигнала химического распознавания в электрический сигнал: оптические, массовые, тепловые и электрохимические сенсоры. Среди химических сенсоров электрохимические сенсоры не требуют внешних компонентов, таких как громоздкие оптические линзы или источники света, и обеспечивают высокий уровень интеграции и, во многих случаях, низкий предел обнаружения. Более того, доступен широкий ряд готовых компонентов, что делает электрохимические сенсоры особенно привлекательными в условиях, когда ценятся портативность и низкая стоимость. Эти сенсоры обычно бывают амперометрическими, импедиметрическими или потенциометрическими и успешно используются в качестве химических и биологических сенсоров (58, 59). Исходя из этого, потенциометрия обеспечивает эффективный, но простой способ обнаружения нескольких типов аналитов, таких как нуклеиновые кислоты, антигены и следовые металлы. Возможные области применения включают диагностику по месту оказания медицинской помощи и персонифицированную медицину. Среди потенциометрических способов сенсоры на основе транзисторов представляют хорошую альтернативу одноразовым сенсорам при низкой стоимости и при надежности. Если такими сенсорами можно управлять с помощью недорогого и простого в использовании измерительного оборудования, то сенсоры можно будет использовать в широком диапазоне условий, особенно в удаленных и бедных ресурсами местах, с минимальным обучением пользователя.In the field of chemical and biological determination, the trend is toward multi-purpose devices that require little or no user training. There are many transducer options for converting a chemical recognition signal into an electrical signal: optical, mass, thermal and electrochemical sensors. Among chemical sensors, electrochemical sensors do not require external components such as bulky optical lenses or light sources and provide a high level of integration and, in many cases, a low detection limit. Moreover, a wide range of off-the-shelf components are available, making electrochemical sensors particularly attractive in environments that value portability and low cost. These sensors are typically amperometric, impedimetric, or potentiometric and have been successfully used as chemical and biological sensors (58, 59). Based on this, potentiometry provides an effective yet simple method for detecting several types of analytes such as nucleic acids, antigens, and trace metals. Potential applications include point-of-care diagnostics and personalized medicine. Among potentiometric methods, transistor-based sensors provide a good alternative to disposable sensors at low cost and reliability. If such sensors can be controlled using inexpensive and easy-to-use measurement equipment, then the sensors can be used in a wide range of environments, especially in remote and resource-poor locations, with minimal user training.
Кроме того, совершенно неясно, может ли электрохимический сенсор для D-лактата обеспечивать надежные и воспроизводимые результаты для определения уровня D-лактата в образце, которые можно использовать в контексте in vitro способа диагностики, прогнозирования, оценки риска, мониторинга, терапевтического ведения и/или терапевтического контроля инфекционного заболевания.Moreover, it is not at all clear whether an electrochemical sensor for D-lactate can provide reliable and reproducible results for determining the level of D-lactate in a sample that can be used in the context of an in vitro method for diagnosis, prognosis, risk assessment, monitoring, therapeutic management and/or therapeutic control of infectious disease.
Соответственно, в данной области существует потребность в надежном in vitro способе диагностики, прогнозирования, оценки риска, мониторинга, терапевтического ведения и/или терапевтического контроля инфекционного заболевания, который преодолевает ограничения известных способов. В частности, срочно необходим диагностический способ с высокой чувствительностью, а также специфичностью. Предпочтительно, такие способы должны предусматривать электрохимическую сенсорную систему, которая позволяет выполнять простой тест, обеспечивая воспроизводимые результаты.Accordingly, there is a need in the art for a reliable in vitro method for the diagnosis, prognosis, risk assessment, monitoring, therapeutic management and/or therapeutic control of an infectious disease that overcomes the limitations of known methods. In particular, a diagnostic method with high sensitivity as well as specificity is urgently needed. Preferably, such methods should provide an electrochemical sensor system that allows a simple test to be performed while providing reproducible results.
Краткое описание изобретенияBrief description of the invention
В свете предшествующего уровня техники техническая проблема, лежащая в основе настоящего изобретения, заключается в обеспечении улучшенного in vitro способа диагностики, прогнозирования, оценки риска, мониторинга, терапевтического ведения и/или терапевтического контроля инфекционного заболевания.In light of the prior art, the technical problem underlying the present invention is to provide an improved in vitro method for the diagnosis, prognosis, risk assessment, monitoring, therapeutic management and/or therapeutic control of an infectious disease.
Эта проблема решается с помощью признаков независимых пунктов формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения представлены в зависимых пунктах формулы изобретения.This problem is solved by using the features of independent claims. Preferred embodiments of the present invention are presented in the dependent claims.
Следовательно, согласно первому аспекту настоящее изобретение относится к in vitro способу диагностики, прогнозирования, оценки риска, мониторинга, терапевтического ведения и/или терапевтического контроля инфекционного заболевания, включающемуTherefore, according to a first aspect, the present invention relates to an in vitro method for diagnosis, prognosis, risk assessment, monitoring, therapeutic management and/or therapeutic control of an infectious disease, comprising:
a) обеспечение образца субъекта, проявляющего клинические симптомы и/или подозреваемого на наличие инфекции,a) providing a sample from a subject showing clinical symptoms and/or suspected of having an infection,
b) определение уровня D-лактата в указанном образце,b) determining the level of D-lactate in the specified sample,
c) при этом уровень D-лактата указывает на наличие инфекционного заболевания, отличающийся тем, чтоc) wherein the level of D-lactate indicates the presence of an infectious disease, characterized in that
d) уровень D-лактата в указанном образце определяют с помощью электрохимической сенсорной системы (биосенсора).d) the level of D-lactate in the specified sample is determined using an electrochemical sensor system (biosensor).
Настоящее изобретение основано на неожиданном открытии того, что измерение D-лактата с помощью электрохимической сенсорной системы (биосенсора) для определения уровня D-лактата в образце согласно способу в соответствии с настоящим изобретением обеспечивает тест, который характеризуется удивительно высокой специфичностью по сравнению с аналогичными способами, в которых используются другие средства для определения уровня D-лактата, например, спектрофотометрические измерения.The present invention is based on the unexpected discovery that measuring D-lactate using an electrochemical sensor system (biosensor) to determine the level of D-lactate in a sample according to the method in accordance with the present invention provides a test that is characterized by surprisingly high specificity compared to similar methods, which use other means to determine D-lactate levels, such as spectrophotometric measurements.
Большим преимуществом способа в соответствии с настоящим изобретением является то, что часA great advantage of the method according to the present invention is that
- 2 046276 тота ложноположительных событий может быть резко снижена по сравнению с известными тестами с использованием спектрофотометрических измерений. Неожиданно обнаружили, что количество эритроцитов, а также концентрация гемоглобина в образце, выделенном от субъекта, проявляющего клинические симптомы и/или подозреваемого на наличие инфекции, коррелировали с уровнем D-лактата, определенным с помощью спектрофотометрического измерения. Вероятно, это связано с тем, что гемоглобин и D-лактат имеют интерферирующие длины волн поглощения, т.е. 540 нм для гемоглобина и 570 нм для D-лактата. Следовательно, контаминация крови образца может привести к ложноположительному результату в способе с использованием спектрофотометрического измерения. Напротив, обнаружили, что на электрохимическое измерение, используемое в контексте настоящего изобретения, не влияет наличие эритроцитов, а частота ложноположительных результатов и специфичность теста были существенно улучшены по сравнению с известными способами. Важно отметить, что чувствительность способа в соответствии с настоящим изобретением приблизительно равна очень высоким чувствительностям известных способов, в которых используют спектрофотометрические измерения D-лактата, например, для диагностики PJI.- 2 046276 The rate of false positive events can be dramatically reduced compared to known tests using spectrophotometric measurements. Surprisingly, it was found that the number of red blood cells as well as the hemoglobin concentration in a sample isolated from a subject exhibiting clinical symptoms and/or suspected of having an infection correlated with the level of D-lactate determined by spectrophotometric measurement. This is probably due to the fact that hemoglobin and D-lactate have interfering absorption wavelengths, i.e. 540 nm for hemoglobin and 570 nm for D-lactate. Therefore, contamination of the blood sample may lead to a false positive result in the method using spectrophotometric measurement. In contrast, it was found that the electrochemical measurement used in the context of the present invention is not affected by the presence of red blood cells, and the false positive rate and specificity of the test were significantly improved compared to known methods. It is important to note that the sensitivity of the method in accordance with the present invention is approximately equal to the very high sensitivities of known methods that use spectrophotometric measurements of D-lactate, for example, for the diagnosis of PJI.
Согласно предпочтительным вариантам осуществления электрохимическая сенсорная система в соответствии с настоящим изобретением является высокоспецифической в отношении обнаружения Dлактата, тогда как присутствие L-лактата не определяется и не влияет на определение уровня D-лактата. Определение D-лактата полностью не зависит от присутствия L-лактата, поскольку L-лактат не распознается электрохимической сенсорной системой, специфической для D-лактата.In preferred embodiments, the electrochemical sensing system of the present invention is highly specific for the detection of D-lactate, whereas the presence of L-lactate is not detected and does not affect the determination of D-lactate levels. The detection of D-lactate is completely independent of the presence of L-lactate, since L-lactate is not recognized by the D-lactate-specific electrochemical sensor system.
Согласно вариантам осуществления настоящего изобретения электрохимическая сенсорная система содержит потенциометрический сенсор, предпочтительно потенциометрический сенсор на основе транзистора.According to embodiments of the present invention, the electrochemical sensor system comprises a potentiometric sensor, preferably a transistor-based potentiometric sensor.
Согласно вариантам осуществления электрохимическая сенсорная система содержит ионночувствительный полевой транзистор (ISFET от англ. - ion sensitive field-effect transistor). ISFET представляет собой потенциометрический сенсор на основе потенциометрического транзистора.In embodiments, the electrochemical sensor system comprises an ion sensitive field-effect transistor (ISFET). ISFET is a potentiometric sensor based on a potentiometric transistor.
Согласно следующим вариантам осуществления электрохимическая сенсорная система содержит амперометрический сенсор.In further embodiments, the electrochemical sensor system comprises an amperometric sensor.
Согласно вариантам осуществления сенсор электрохимической сенсорной системы представляет собой потенциометрический сенсор. Согласно альтернативному варианту осуществления сенсор электрохимической сенсорной системы представляет собой амперометрический сенсор.In embodiments, the sensor of the electrochemical sensor system is a potentiometric sensor. In an alternative embodiment, the sensor of the electrochemical sensor system is an amperometric sensor.
Согласно вариантам осуществления электрохимическая сенсорная система содержит связывающую D-лактат молекулу, такую как, например, D-LDH. Связывающая D-лактат молекула присутствует в электрохимической ячейке электрохимической сенсорной системы. Связывающая D-лактат молекула может быть иммобилизована на подложке электрохимического сенсора, предпочтительно на электроде определения. Согласно вариантам осуществления настоящего изобретения связывающая D-лактат молекула, такая как D-LDH, может быть обеспечена в растворе, например, в буфере, который добавляют в электрохимическую систему для измерения, например, путем разбавления в нем образца, выделенного у пациента.In embodiments, the electrochemical sensing system comprises a D-lactate binding molecule, such as, for example, D-LDH. The D-lactate binding molecule is present in the electrochemical cell of the electrochemical sensor system. The D-lactate binding molecule can be immobilized on an electrochemical sensor substrate, preferably on a detection electrode. In embodiments of the present invention, a D-lactate binding molecule, such as D-LDH, can be provided in a solution, such as a buffer, that is added to the electrochemical measurement system, such as by diluting a patient sample therein.
В случае применения связывающего D-лактат фермента электрохимическая ячейка и/или буфер для образца в соответствии с настоящим изобретением могут содержать дополнительные компоненты, необходимые для выполнения химической реакции, катализируемой связывающим D-лактат ферментом. В случае D-LDH электрохимическая система может содержать никотинамидадениндинуклеотид НАД.When using a D-lactate binding enzyme, the electrochemical cell and/or sample buffer in accordance with the present invention may contain additional components necessary to perform the chemical reaction catalyzed by the D-lactate binding enzyme. In the case of D-LDH, the electrochemical system may contain nicotinamide adenine dinucleotide NAD.
Согласно вариантам осуществления настоящего изобретения электрохимическая сенсорная система содержит тест-полоску или чип с соответствующими электродами на их поверхности для осуществления электрохимического обнаружения D-лактата, предпочтительно с использованием потенциометрического или амперометрического сенсора. Согласно вариантам осуществления тест-полоска или чип являются одноразовыми. Согласно следующим вариантам осуществления тест-полоска или чип являются многоразовыми.According to embodiments of the present invention, the electrochemical sensing system comprises a test strip or chip with corresponding electrodes on its surface to perform electrochemical detection of D-lactate, preferably using a potentiometric or amperometric sensor. In embodiments, the test strip or chip is disposable. In further embodiments, the test strip or chip is reusable.
Согласно предпочтительным вариантам осуществления тест-полоску или чип электрохимической сенсорной системы можно использовать путем вставки в подходящее устройство считывания, такое как переносное компактное устройство считывания, которое может питаться от батареи. Являющиеся компактными переносные устройства считывания, обеспечивающие мобильное применение и использующие электрохимические тест-полоски, известны в уровне техники для других аналитов, таких как глюкоза. Такие устройства обладают преимуществом, поскольку измерение и определение уровня соответствующего аналита могут быть обеспечены мгновенно на месте выделения образца. Примером такого устройства является система мониторинга уровня глюкозы и β-кетона в крови Freestyle Precision Pro.In preferred embodiments, the test strip or electrochemical sensor system chip may be used by insertion into a suitable reader device, such as a portable compact reader that may be battery powered. Compact, portable readers that allow mobile use and use electrochemical test strips are known in the art for other analytes such as glucose. Such devices have the advantage that measurement and determination of the level of the relevant analyte can be achieved instantly at the point of sample extraction. An example of such a device is the Freestyle Precision Pro blood glucose and β-ketone monitoring system.
Согласно вариантам осуществления электрохимическая сенсорная система содержит предпочтительно одноразовую тест-полоску (чип) для электрохимического определения уровня D-лактата, при этом тест-полоска содержит электрод определения с иммобилизованной связывающей D-лактат молекулой и предпочтительно также противоэлектрод и/или электрод сравнения.In embodiments, the electrochemical sensor system preferably comprises a disposable test strip (chip) for electrochemical determination of D-lactate levels, the test strip comprising a detection electrode with an immobilized D-lactate binding molecule and preferably also a counter electrode and/or a reference electrode.
Согласно вариантам осуществления измерение или определение уровня D-лактата происходит в устройстве считывания, предпочтительно питающемся от батареи переносном компактном устройстве считывания. Согласно вариантам осуществления одноразовая тест-полоска может быть помещена вIn embodiments, the measurement or determination of the D-lactate level occurs in a reader, preferably a battery-powered portable compact reader. In embodiments, the disposable test strip may be placed in
- 3 046276 предпочтительно питающееся от батареи переносное компактное устройство считывания для осуществления измерения D-лактата. Согласно вариантам осуществления устройство считывания является не переносным устройством, а настольным устройством считывания.- 3 046276 preferably a battery-powered, portable, compact reader for performing D-lactate measurements. In embodiments, the reader is not a portable device, but a desktop reader.
Согласно предпочтительным вариантам осуществления электрохимическая сенсорная система основана по меньшей мере на одном из амперометрии, потенциометрии и полевого транзистора.In preferred embodiments, the electrochemical sensing system is based on at least one of amperometry, potentiometry, and field effect transistor.
Согласно вариантам осуществления электрохимическая сенсорная система содержит связывающую D-лактат молекулу, предпочтительно D-лактатдегидрогеназу (D-LDH).In embodiments, the electrochemical sensing system comprises a D-lactate binding molecule, preferably D-lactate dehydrogenase (D-LDH).
Согласно вариантам осуществления электрохимическая сенсорная система содержит электрод определения (рабочий), предпочтительно включающий поверхность из углерода или золота.In embodiments, the electrochemical sensing system comprises a detection (working) electrode, preferably including a carbon or gold surface.
Согласно предпочтительным вариантам осуществления связывающая D-лактат молекула, предпочтительно D-LDH, иммобилизована на электроде определения.In preferred embodiments, the D-lactate binding molecule, preferably D-LDH, is immobilized on the detection electrode.
Согласно следующим вариантам осуществления настоящего изобретения электрохимическая сенсорная система содержит электрод определения (рабочий), предпочтительно включающий поверхность из углерода или золота, при этом связывающая D-лактат молекула, предпочтительно связывающий Dлактат фермент, более предпочтительно D-лактатдегидрогеназа (D-LDH), иммобилизована на поверхности электрода определения (рабочего).According to further embodiments of the present invention, the electrochemical sensing system comprises a detection electrode (working electrode), preferably including a carbon or gold surface, wherein a D-lactate binding molecule, preferably a D-lactate binding enzyme, more preferably D-lactate dehydrogenase (D-LDH), is immobilized on surface of the determination electrode (working).
Согласно предпочтительным вариантам осуществления электрохимическая сенсорная система содержит электрод определения, включающий иммобилизованную связывающую лактат молекулу. Согласно предпочтительным вариантам осуществления связывающая лактат молекула представляет собой D-LDH.In preferred embodiments, the electrochemical sensing system comprises a detection electrode including an immobilized lactate binding molecule. In preferred embodiments, the lactate binding molecule is D-LDH.
Согласно вариантам осуществления иммобилизация связывающей D-лактат молекулы, такой как DLDH, на поверхности электрода определения достигается любым из адсорбции, ковалентного связывания, захвата, инкапсуляции, сшивания или взаимодействия тиол-золото, предпочтительно сшивания или взаимодействия тиол-золото.In embodiments, immobilization of a D-lactate binding molecule, such as DLDH, on the surface of a detection electrode is achieved by any of adsorption, covalent binding, entrapment, encapsulation, cross-linking or thiol-gold interaction, preferably cross-linking or thiol-gold interaction.
Предпочтительным является применение связывающего D-лактат фермента, катализирующего химическую реакцию, приводящую к образованию восстановленного никотинамидадениндинуклеотида НАДН. Поэтому применение D-LDH является благоприятным, поскольку она катализирует обратимую реакцию D-лактата в присутствии НАД' до пирувата и НАДН. Фермент D-LDH, подлежащий применению для иммобилизации на электроде определения (рабочем) электрохимической сенсорной системы, может представлять собой коммерчески доступную D-LDH.Preferred is the use of a D-lactate binding enzyme that catalyzes the chemical reaction leading to the formation of reduced nicotinamide adenine dinucleotide NADH. Therefore, the use of D-LDH is beneficial because it catalyzes the reversible reaction of D-lactate in the presence of NAD' to pyruvate and NADH. The D-LDH enzyme to be used for immobilization on the detection electrode (working) of the electrochemical sensor system may be a commercially available D-LDH.
Согласно вариантам осуществления предпочтительным является осуществление некоторых модификаций электрода перед связыванием D-LDH на поверхности электрода, таких как покрытие наночастицами металла и/или другие конструкции электрода, такие как графеновые электроды с использованием полученных собственными силами чипов, для чувствительности в правильном диапазоне концентраций D-лактата.In embodiments, it is preferable to perform some electrode modifications prior to binding D-LDH to the electrode surface, such as metal nanoparticle coating and/or other electrode designs such as graphene electrodes using in-house produced chips, for sensitivity over the correct range of D-lactate concentrations .
НАДН, высвобождаемый в результате химической реакции, катализируемой D-LDH (Dлактат+НАД+^пируват+НАДН), разлагается на НАД++Н+ и 2e- под действием приложенного напряжения. 2e- (электроны) могут быть обнаружены электродом определения (рабочим), который может находиться на поверхности тест-полоски (чипа), а электрохимический сигнал может быть измерен устройством считывания, находящимся в контакте с электродом определения, например, устройством считывания, в которое вставляется тест-полоска. Такое устройство считывания может представлять собой питающееся от батареи переносное компактное устройство считывания. Согласно предпочтительным вариантам осуществления в таком устройстве считывания используется амперометрия. Кроме того, в контексте настоящего изобретения можно использовать устройство считывания, в котором используется потенциометрия.NADH, released by a chemical reaction catalyzed by D-LDH (D-lactate+NAD+^pyruvate+NADH), is decomposed into NAD++H+ and 2e- under the action of an applied voltage. 2e - (electrons) can be detected by a detection electrode (working), which can be located on the surface of the test strip (chip), and the electrochemical signal can be measured by a readout device in contact with the detection electrode, for example, a reader into which it is inserted test strip. Such a reader may be a battery-powered, portable compact reader. In preferred embodiments, such a reader uses amperometry. In addition, in the context of the present invention, a reading device that uses potentiometry can be used.
В контексте настоящего изобретения можно пересчитать электрический сигнал в молярную концентрацию. Например, электрохимическая сенсорная система может быть откалибрована с использованием тестовых образцов, имеющих известные концентрации D-LDH, в подходящей среде, такой как подходящий буфер. Электрохимическая сенсорная система может быть предварительно откалибрована. Согласно вариантам осуществления система в соответствии с настоящим изобретением может предусматривать различные режимы определения, соответствующие различным условиям образца, например, соответствующие измерениям различных физиологических жидкостей.In the context of the present invention, it is possible to convert the electrical signal into molar concentration. For example, an electrochemical sensor system can be calibrated using test samples having known concentrations of D-LDH in a suitable environment, such as a suitable buffer. The electrochemical sensor system can be pre-calibrated. In embodiments, the system in accordance with the present invention may provide different detection modes corresponding to different sample conditions, for example, corresponding to measurements of different physiological fluids.
В контексте настоящего изобретения иммобилизация D-LDH на поверхности электрода определения может быть достигнута любым из адсорбции, ковалентного связывания, захвата, инкапсуляции или предпочтительно сшивания или посредством взаимодействия тиол-золото. Согласно вариантам осуществления могут быть использованы другие методики иммобилизации, известные специалисту в данной области.In the context of the present invention, immobilization of D-LDH on the surface of the detection electrode can be achieved by any of adsorption, covalent binding, entrapment, encapsulation or preferably cross-linking or through thiol-gold interaction. In embodiments, other immobilization techniques known to one skilled in the art may be used.
Для адсорбции может быть обеспечено прилипание ферментов к поверхностям электрода со слабым взаимодействием, чтобы избежать денатурации фермента. Это оказалось особенно успешным, когда поверхность электрода была ионизирована сначала плазменной или кислотной обработкой, ковалентной модификацией поверхности, такой как аминирование, или осаждением ионного полимера посредством электрополимеризации или покрытия методом литья каплями/центрифугирования.For adsorption, enzymes can be ensured to adhere to electrode surfaces with weak interactions to avoid denaturation of the enzyme. This has proven particularly successful when the electrode surface has been ionized first by plasma or acid treatment, covalent surface modification such as amination, or ionic polymer deposition via electropolymerization or drop-casting/spinning coating.
- 4 046276- 4 046276
Сшивание является часто используемым способом, при котором диальдегиды (глутаральдегид) часто реагируют с аминогруппами ферментов и аминогруппами на аминированных поверхностях. Другим способом является взаимодействие тиол-золото, при котором к ферменту добавляют тиоловую группу (или применяют цистеины в ферменте), что позволяет ферменту связываться с поверхностью путем тиолирования золота.Cross-linking is a commonly used technique in which dialdehydes (glutaraldehyde) often react with the amino groups of enzymes and the amino groups on aminated surfaces. Another method is the thiol-gold reaction, in which a thiol group is added to the enzyme (or cysteines in the enzyme are used), which allows the enzyme to bind to the surface by thiolation of the gold.
Инкапсуляция является еще одним очень распространенным способом иммобилизации, известным специалисту. Способы инкапсуляции включают электрохимическую полимеризацию или сшивание тонкой сетки полимера поверх фермента на поверхности. Таким образом, фермент не может покинуть поверхность, но по-прежнему обеспечивает доступ молекул субстрата для ферментативной реакции.Encapsulation is another very common immobilization method known to one skilled in the art. Encapsulation methods include electrochemical polymerization or cross-linking of a fine network of polymer over an enzyme on a surface. Thus, the enzyme cannot leave the surface, but still provides access to substrate molecules for the enzymatic reaction.
Согласно вариантам осуществления электрод определения модифицируют, предпочтительно перед иммобилизацией связывающей D-лактат молекулы, для точной настройки характеристик обнаружения и повышения и/или регулировки чувствительности биосенсора в подходящем диапазоне концентраций Dлактата.In embodiments, the detection electrode is modified, preferably prior to immobilization of the D-lactate binding molecule, to fine-tune the detection characteristics and increase and/or adjust the sensitivity of the biosensor over a suitable range of D-lactate concentrations.
Согласно вариантам осуществления электрохимическая сенсорная система содержит электрод определения, покрытый наночастицами металла.In embodiments, the electrochemical sensing system comprises a detection electrode coated with metal nanoparticles.
Согласно вариантам осуществления электрохимическая сенсорная система содержит электрод определения, содержащий графен или состоящий из графена.In embodiments, the electrochemical sensing system comprises a detection electrode containing or consisting of graphene.
Кроме того, согласно вариантам осуществления система позволяет параллельно определять уровни D-лактата более чем в одном образце. Большим преимуществом настоящего изобретения является то, что оно позволяет мультиплексировать несколько образцов, которые можно измерять параллельно.Additionally, in embodiments, the system allows D-lactate levels to be determined in more than one sample in parallel. A great advantage of the present invention is that it allows multiplexing of multiple samples that can be measured in parallel.
Согласно вариантам осуществления инфекционное заболевание в соответствии с настоящим изобретением представляет собой микробную бактериальную и/или грибковую инфекцию, предпочтительно по меньшей мере с одним инфекционным возбудителем, выбранным из группы, состоящей из Staphylococcus aureus, коагулазонегативных стафилококков, Streptococcus spp., Enterococcus spp., анаэробов, грамотрицательных бактерий и Candida spp.In embodiments, the infectious disease of the present invention is a microbial bacterial and/or fungal infection, preferably with at least one infectious agent selected from the group consisting of Staphylococcus aureus, coagulase-negative staphylococci, Streptococcus spp., Enterococcus spp., anaerobes , gram-negative bacteria and Candida spp.
В контексте настоящего изобретения инфекционное заболевание может представлять собой инфекцию сустава, инфекцию протезного сустава (PJI), менингит, перитонит, инфекцию плевральной полости, инфекцию перикардиального пространства и/или инфекцию кровотока.In the context of the present invention, the infectious disease may be a joint infection, a prosthetic joint infection (PJI), meningitis, peritonitis, a pleural cavity infection, a pericardial space infection, and/or a bloodstream infection.
Особенно предпочтительным является применение настоящего изобретения для диагностики менингита. Неожиданно обнаружили, что электрохимическое определение D-лактата в спинномозговой жидкости является особенно благоприятным по сравнению с другими способами обнаружения Dлактата, поскольку образцы спинномозговой жидкости часто контаминируются кровью во время процедуры выделения образца.Particularly preferred is the use of the present invention for the diagnosis of meningitis. Surprisingly, electrochemical detection of D-lactate in cerebrospinal fluid has been found to be particularly advantageous over other methods for detecting D-lactate, since cerebrospinal fluid samples are often contaminated with blood during the sample extraction procedure.
Кроме того, настоящее изобретение особенно применимо для определения D-лактата в образцах крови, которые нельзя использовать в спектрофотометрических измерениях из-за большого количества красных кровяных телец и гемоглобина. Следовательно, образцы сыворотки или плазмы крови должны быть взяты из крови или образцов крови для обнаружения циркуляции D-лактата. Настоящее изобретение позволяет определять уровни D-лактата в образце крови сразу после выделения, что делает ненужным стадию получения сыворотки или плазмы крови.In addition, the present invention is particularly applicable to the determination of D-lactate in blood samples that cannot be used in spectrophotometric measurements due to the large amount of red blood cells and hemoglobin. Therefore, serum or plasma samples must be taken from blood or blood samples to detect circulating D-lactate. The present invention allows the determination of D-lactate levels in a blood sample immediately after isolation, making the step of obtaining serum or plasma unnecessary.
Если инфекционное заболевание представляет собой инфекцию суставов, в качестве образца можно использовать синовиальную жидкость. В этом контексте измерение D-лактата с использованием электрохимической сенсорной системы особенно выгодно по сравнению со спектрофотометрическими измерениями, поскольку суставные аспираты часто контаминированы кровью. Кроме того, синовиальная жидкость протезных суставов часто контаминирована кровью, особенно после хирургического вмешательства. Соответственно, присутствие красных кровяных телец (RBC (от англ. - red blood cell)) или гемоглобина из лизированных RBC контаминирует образцы, полученные из образцов, содержащих кровь, и, следовательно, наблюдается тенденция к ложным результатам при измерении спектрофотометрическими способами.If the infectious disease is a joint infection, synovial fluid can be used as a sample. In this context, measuring D-lactate using an electrochemical sensor system is particularly advantageous compared to spectrophotometric measurements, since joint aspirates are often contaminated with blood. In addition, the synovial fluid of prosthetic joints is often contaminated with blood, especially after surgery. Accordingly, the presence of red blood cells (RBC) or hemoglobin from lysed RBCs contaminates samples obtained from blood samples and therefore tends to produce false results when measured by spectrophotometric methods.
Если инфекционное заболевание представляет собой перитонит, то в качестве образца можно использовать асциты, выделенные с перитонеальным катетером или без него. Если инфекционное заболевание представляет собой инфекцию плевральной полости, то в качестве образца можно использовать плевральную жидкость.If the infectious disease is peritonitis, ascites isolated with or without a peritoneal catheter can be used as a sample. If the infectious disease is an infection of the pleural cavity, then pleural fluid can be used as a sample.
Если инфекционное заболевание представляет собой инфекцию перикардиального пространства или перикардит, то в качестве образца можно использовать перикардиальную жидкость.If the infectious disease is a pericardial space infection or pericarditis, pericardial fluid can be used as a sample.
В случае инфекции кровотока или сепсиса кровь или полученный из крови материал можно использовать в качестве образца, при этом кровь может быть выделена с помощью внутрисосудистого катетера или без него.In the case of bloodstream infection or sepsis, blood or blood-derived material can be used as a sample, and the blood can be isolated with or without an intravascular catheter.
Согласно вариантам осуществления повышенный уровень D-лактата, определяемый электрохимической сенсорной системой в указанном образце, по сравнению с соответствующим контролем, таким как образец от здорового субъекта, указывает на наличие инфекционного заболевания.In embodiments, an elevated D-lactate level detected by the electrochemical sensing system in the sample, compared to a corresponding control, such as a sample from a healthy subject, indicates the presence of an infectious disease.
Согласно следующему варианту осуществления настоящего изобретения измерение тока или напряжения с помощью электрохимической сенсорной системы, соответствующего уровню D-лактата вAccording to another embodiment of the present invention, measuring current or voltage using an electrochemical sensor system corresponding to the level of D-lactate in
- 5 046276 указанном образце, равному или превышающему 1,2 ммоль/л, указывает на наличие инфекционного заболевания.- 5 046276 in the specified sample, equal to or greater than 1.2 mmol/l, indicates the presence of an infectious disease.
Согласно следующим вариантам осуществления измерение тока или напряжения с помощью электрохимической сенсорной системы, соответствующее уровню D-лактата в указанном образце, равному или превышающему 0,4 ммоль/л, предпочтительно 0,5 ммоль/л, более предпочтительно равному или превышающему 1,0 ммоль/л, наиболее предпочтительно равному или превышающему 1,2 ммоль/л, указывает на наличие инфекционного заболевания.In further embodiments, measuring a current or voltage using an electrochemical sensor system corresponding to a D-lactate level in said sample equal to or greater than 0.4 mmol/L, preferably 0.5 mmol/L, more preferably equal to or greater than 1.0 mmol /l, most preferably equal to or greater than 1.2 mmol/l, indicates the presence of an infectious disease.
Кроме того, способ в соответствии с настоящим изобретением может быть охарактеризован тем фактом, что измерение тока или напряжения с помощью электрохимической сенсорной системы, соответствующее уровню D-лактата в указанном образце, равному или превышающему 0,5 ммоль/л, предпочтительно равному или превышающему 1,0 ммоль/л, более предпочтительно равному или превышающему 1,2 ммоль/л, указывает на то, что требуется начало или изменение лечения антибиотиком.Moreover, the method according to the present invention can be characterized by the fact that a current or voltage measurement using an electrochemical sensor system corresponding to a D-lactate level in said sample equal to or greater than 0.5 mmol/L, preferably equal to or greater than 1 .0 mmol/L, more preferably equal to or greater than 1.2 mmol/L, indicates that initiation or change in antibiotic treatment is required.
Кроме того, возможные пороговые уровни в соответствии с настоящим изобретением составляют 0,4, 0,45, 0,5, 0,55, 0,6, 0,65, 0,7, 0,75, 0,8, 0,85, 0,9, 0,95, 1, 1,05, 1,1, 1,2, 1,3, 1,4, 1,5, 1,6, 1,7, 1,8, 1,9, 2,0 ммоль/л. Диапазоны, охватывающие любую комбинацию значений, раскрываемых в настоящем документе в качестве пределов, считаются представляющими раскрываемые варианты осуществления настоящего изобретения.In addition, possible threshold levels in accordance with the present invention are 0.4, 0.45, 0.5, 0.55, 0.6, 0.65, 0.7, 0.75, 0.8, 0. 85, 0.9, 0.95, 1, 1.05, 1.1, 1.2, 1.3, 1.4, 1.5, 1.6, 1.7, 1.8, 1, 9, 2.0 mmol/l. Ranges covering any combination of values disclosed herein as limits are considered to represent the disclosed embodiments of the present invention.
Раскрываемые в настоящем документе пороговые уровни предпочтительно относятся к измерениям D-лактата в образце синовиальной жидкости, полученном от пациента с помощью диагностического набора D-Lactam®, предоставленного Sivital (Витебск, Беларусь), полученного от VL-Diagnostics (Лейпциг) и используемого в контексте примеров настоящего изобретения. Соответственно, раскрываемые в настоящем документе значения могут до некоторой степени варьировать в зависимости от используемой системы или набора обнаружения/измерения, и раскрываемые в настоящем документе конкретные значения предназначены также для считывания соответствующих значений, определенных другими системой или наборами для измерения. Например, сравнение спектрофотометрических измерений D-лактата с использованием двух разных тестовых наборов (предоставленных Sigma-Aldrich (Сент-Луис, Миссури, США) и VL-Diagnostics (Лейпциг, Германия), соответственно) показало, что специально определенные значения отсечки также зависят от тестового набора и способа определения уровня D-лактата (Karbysheva et al. Performance of synovial fluid D-lactate for the diagnosis of acute and chronic/low-grade PJI; Abstract at EFORT Conference 2018, Barcelona, Spain).The threshold levels disclosed herein preferably refer to measurements of D-lactate in a synovial fluid sample obtained from a patient using the D-Lactam® diagnostic kit provided by Sivital (Vitebsk, Belarus), obtained from VL-Diagnostics (Leipzig) and used in the context examples of the present invention. Accordingly, the values disclosed herein may vary to some extent depending on the detection/measurement system or set used, and the specific values disclosed herein are intended to also read corresponding values determined by other measurement systems or sets. For example, comparison of spectrophotometric measurements of D-lactate using two different test kits (provided by Sigma-Aldrich (St. Louis, MO, USA) and VL-Diagnostics (Leipzig, Germany), respectively) showed that specifically defined cutoff values also depend on test kit and method for determining D-lactate levels (Karbysheva et al. Performance of synovial fluid D-lactate for the diagnosis of acute and chronic/low-grade PJI; Abstract at EFORT Conference 2018, Barcelona, Spain).
Соответственно, согласно вариантам осуществления настоящего изобретения значения отсечки, которые должны использоваться в контексте электрохимического измерения, такого как амперометрия или потенциометрия, могут соответствовать различным концентрациям D-лактата по сравнению с пороговыми концентрациями D-лактата, которые были определены спектрофотометрическими измерениями с использованием специального тестового набора.Accordingly, according to embodiments of the present invention, the cutoff values to be used in the context of an electrochemical measurement, such as amperometry or potentiometry, may correspond to different D-lactate concentrations compared to the D-lactate threshold concentrations that were determined by spectrophotometric measurements using a specific test kit .
Считывания данных электрохимических измерений включают обнаружение токов и напряжений. Обнаруженные значения зависят от конфигурации электрохимической сенсорной системы. Модификации различных компонентов системы или способа в соответствии с настоящим изобретением (например, образца) влияют на обнаруживаемые токи или напряжения, соответственно. Следовательно, невозможно обеспечить общее значение отсечки или пороговое значение для электрохимического измерения. Однако, поскольку согласно вариантам осуществления электрохимическая сенсорная система в соответствии с настоящим изобретением требует калибровки эталонными образцами с предварительно определенными известными концентрациями D-лактата, можно обеспечить любую заданную электрохимическую систему, подходящую для определения значений отсечки/пороговых значений уровня D-лактата, которые соответствуют конкретной концентрации D-лактата, что, как было показано, указывает на инфекционное заболевание и необязательно на начало лечения антибиотиками для определенного вида образца.Electrochemical measurement data readouts include current and voltage detection. The detected values depend on the configuration of the electrochemical sensor system. Modifications to various components of the system or method in accordance with the present invention (eg, sample) affect the detected currents or voltages, respectively. Therefore, it is not possible to provide a general cutoff value or threshold value for the electrochemical measurement. However, since in embodiments the electrochemical sensing system of the present invention requires calibration with reference samples of predetermined known concentrations of D-lactate, any given electrochemical system can be provided suitable for determining D-lactate cutoff values/thresholds that correspond to a particular D-lactate concentration, which has been shown to indicate an infectious disease and not necessarily the initiation of antibiotic treatment for a particular sample type.
Согласно предпочтительным вариантам осуществления настоящего изобретения образец разбавляют фосфатным буфером. Согласно вариантам осуществления pH указанного фосфатного буфера составляет 5,5, 6, 6,5, 7, 7,5, 8, 8,5, 9, 9,5 или 10. Диапазоны, охватывающие любую комбинацию раскрываемых значений как пределов представляют собой раскрываемые варианты осуществления настоящего изобретения. Буфер или раствор образцов с pH приблизительно 7,5-9,5 является предпочтительным, при этом Ph приблизительно 8-9 является более предпочтительным, а pH 8,5 является особенно предпочтительным. Было показано, что связывающие D-лактат молекулы и, в частности, D-LDH работают очень эффективно в обнаружении D-лактата в контексте электрохимической сенсорной системы при pH 8,5. Возможным буферным раствором для разбавления образца, такого как физиологическая жидкость, например, синовиальная жидкость, является фосфатный буфер.In preferred embodiments of the present invention, the sample is diluted with phosphate buffer. In embodiments, the pH of said phosphate buffer is 5.5, 6, 6.5, 7, 7.5, 8, 8.5, 9, 9.5, or 10. Ranges covering any combination of disclosed values as limits are disclosed embodiments of the present invention. A sample buffer or solution with a pH of about 7.5-9.5 is preferred, with a Ph of about 8-9 being more preferred and a pH of 8.5 being particularly preferred. D-lactate binding molecules and D-LDH in particular have been shown to work very effectively in sensing D-lactate in the context of an electrochemical sensing system at pH 8.5. A possible buffer solution for diluting a sample such as a physiological fluid such as synovial fluid is phosphate buffer.
Согласно вариантам осуществления электрохимическую сенсорную систему калибруют с использованием одного или нескольких калибровочных образцов с определенной концентрацией D-лактата перед определением уровня D-лактата в указанном образце. Например, коммерчески доступный D-лактат, разбавленный до известной концентрации подходящим буферным раствором, который может быть таким же, как буферный раствор, используемый для определения уровня D-лактата в указанном образце, может быть использован для определения напряжения, соответствующего конкретной концентрации D-лактатаIn embodiments, the electrochemical sensing system is calibrated using one or more calibration samples with a specific concentration of D-lactate before determining the level of D-lactate in said sample. For example, commercially available D-lactate, diluted to a known concentration with a suitable buffer solution, which may be the same as the buffer solution used to determine the level of D-lactate in the specified sample, can be used to determine the voltage corresponding to the specific concentration of D-lactate
- 6 046276 в образце.- 6 046276 in the sample.
Согласно некоторым вариантам осуществления, включающим потенциометрический сенсор, напряжение приблизительно 85 мВ соответствует уровню D-лактата 1,2 ммоль/л и может указывать на наличие инфекционного заболевания. Измерение напряжения электрохимической сенсорной системой может варьировать в зависимости от точной настройки системы и типа сенсора.In some embodiments incorporating a potentiometric sensor, a voltage of approximately 85 mV corresponds to a D-lactate level of 1.2 mmol/L and may indicate the presence of an infectious disease. The voltage measurement of an electrochemical sensing system can vary depending on the fine tuning of the system and the type of sensor.
Согласно некоторым вариантам осуществления, включающим амперометрический сенсор, ток приблизительно 422 нА соответствует уровню D-лактата приблизительно 1,2 ммоль/л и может указывать на наличие инфекционного заболевания. Измерение тока электрохимической сенсорной системой может варьировать в зависимости от точной настройки системы и типа сенсора.In some embodiments incorporating an amperometric sensor, a current of approximately 422 nA corresponds to a D-lactate level of approximately 1.2 mmol/L and may indicate the presence of an infectious disease. Current measurement by an electrochemical sensing system can vary depending on the fine tuning of the system and the type of sensor.
Способ in vitro по любому из предыдущих пунктов, при котором измерение тока или напряжения с помощью электрохимической сенсорной системы, соответствующее уровню D-лактата в указанном образце, равному или превышающему 1,2 ммоль/л, указывает на то, что требуется начало или изменение лечения антибиотиком.The in vitro method of any one of the preceding claims, wherein a current or voltage measurement by an electrochemical sensor system corresponding to a D-lactate level in the sample equal to or greater than 1.2 mmol/L indicates that initiation or change of treatment is required antibiotic.
Однако ток или напряжение, соответствующие уровню D-лактата 1,2 ммоль/л, могут представлять собой предпочтительное значение отсечки в контексте настоящего изобретения, в частности, в случае образцов синовиальной жидкости, которые можно использовать для обнаружения инфекций суставов.However, a current or voltage corresponding to a D-lactate level of 1.2 mmol/L may represent a preferred cutoff value in the context of the present invention, particularly in the case of synovial fluid samples that can be used to detect joint infections.
Предпочтительно уровень D-лактата, определяемый с помощью электрохимической сенсорной системы в контексте способа в соответствии с настоящим изобретением, не зависит от количества эритроцитов и/или гемоглобина, присутствующих в указанном образце.Preferably, the level of D-lactate determined by the electrochemical sensor system in the context of the method according to the present invention is independent of the amount of red blood cells and/or hemoglobin present in said sample.
Согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения образец выбирают из группы, включающей образец физиологической жидкости, образец гомогенизированной ткани, образец крови, образец сыворотки крови, образец плазмы, образец мочи, суставной аспират, образец синовиальной жидкости, образец асцита, образец перитонеальной жидкости, образец плевральной жидкости, образец перикардиальной жидкости и/или образец спинномозговой жидкости.According to another embodiment of the present invention, the sample is selected from the group consisting of a body fluid sample, a homogenized tissue sample, a blood sample, a serum sample, a plasma sample, a urine sample, a joint aspirate, a synovial fluid sample, an ascites sample, a peritoneal fluid sample, a pleural fluid sample , pericardial fluid sample and/or cerebrospinal fluid sample.
Согласно следующему аспекту настоящее изобретение относится к электрохимической сенсорной системе (биосенсору) для определения уровня D-лактата в образце. Электрохимическая сенсорная система в соответствии с настоящим изобретением представляет собой систему, раскрываемую в контексте способа и набора в соответствии с настоящим изобретением.According to another aspect, the present invention relates to an electrochemical sensor system (biosensor) for determining the level of D-lactate in a sample. The electrochemical sensor system in accordance with the present invention is a system disclosed in the context of the method and kit in accordance with the present invention.
Согласно другому аспекту настоящее изобретение также относится к набору для осуществления способа в соответствии с настоящим изобретением, включающему электрохимическую сенсорную систему для определения уровня D-лактата в образце, эталонные данные, такие как эталонный уровень, предпочтительно соответствующий уровню Dлактата в указанном образце, равному или превышающему 1,2 ммоль/л, при этом указанные эталонные данные необязательно хранятся на машиночитаемом носителе и/или используются в форме исполняемого компьютером кода, сконфигурированного для сравнения определенных уровней D-лактата с указанными эталонными данными, и необязательно реагенты для калибровки электрохимической сенсорной системы.According to another aspect, the present invention also relates to a kit for carrying out the method in accordance with the present invention, including an electrochemical sensor system for determining the level of D-lactate in a sample, reference data, such as a reference level, preferably corresponding to the level of D-lactate in the specified sample, equal to or greater than 1.2 mmol/L, wherein said reference data is optionally stored on a computer-readable medium and/or used in the form of computer executable code configured to compare certain D-lactate levels to said reference data, and optionally reagents for calibrating the electrochemical sensor system.
Настоящее изобретение также относится к набору для осуществления способа в соответствии с настоящим изобретением, включающего электрохимическую сенсорную систему для определения уровня D-лактата в образце, предпочтительно включающую тест-полоску (чип) с соответствующими электродами на поверхности или сенсор на основе транзистора для электрохимического обнаружения, при этом электрохимический сигнал измеряют с помощью устройства считывания, предпочтительно питающегося от батареи переносного компактного устройства считывания, эталонные данные, такие как эталонный уровень, предпочтительно соответствующий уровню Dлактата в указанном образце, равному или превышающему 1,2 ммоль/л, при этом указанные эталонные данные необязательно хранятся на машиночитаемом носителе и/или используются в форме исполняемого компьютером кода, сконфигурированного для сравнения определенных уровней D-лактата с указанными эталонными данными, и необязательно реагенты для калибровки электрохимической сенсорной системы.The present invention also relates to a kit for carrying out the method according to the present invention, comprising an electrochemical sensor system for determining the level of D-lactate in a sample, preferably including a test strip (chip) with corresponding electrodes on the surface or a transistor-based sensor for electrochemical detection, wherein the electrochemical signal is measured using a reader, preferably powered by a battery of a portable compact reader, reference data, such as a reference level, preferably corresponding to a D lactate level in said sample equal to or greater than 1.2 mmol/L, wherein said reference data optionally stored on a computer-readable medium and/or used in the form of computer-executable code configured to compare certain levels of D-lactate with specified reference data, and optionally reagents for calibrating the electrochemical sensor system.
Кроме того, настоящее изобретение относится к набору для осуществления способа в соответствии с настоящим изобретением, включающему:In addition, the present invention relates to a kit for carrying out the method in accordance with the present invention, comprising:
электрохимическую сенсорную систему для определения уровня D-лактата в образце, при этом электрохимическая сенсорная система предпочтительно содержит:an electrochemical sensor system for determining the level of D-lactate in a sample, wherein the electrochemical sensor system preferably comprises:
i. тест-полоску (чип) для электрохимического определения уровня D-лактата, при этом тест-полоска содержит электрод определения с иммобилизованной связывающей D-лактат молекулой и предпочтительно также противоэлектрод и/или электрод сравнения, ii. и необязательно переносное компактное устройство считывания для вставки тест-полоски и выполнения измерения D-лактата, эталонные данные, такие как эталонный уровень, предпочтительно соответствующий уровню Dлактата в указанном образце, равному или превышающему 1,2 ммоль/л, при этом указанные эталонные данные необязательно хранятся на машиночитаемом носителе и/или используются в форме исполняемоi. a test strip (chip) for electrochemical determination of the level of D-lactate, wherein the test strip contains a determination electrode with an immobilized D-lactate binding molecule and preferably also a counter electrode and/or a reference electrode, ii. and optionally a portable compact reader for inserting a test strip and performing a D-lactate measurement, reference data, such as a reference level preferably corresponding to a D-lactate level in said sample equal to or greater than 1.2 mmol/L, wherein said reference data is optional stored on a machine-readable medium and/or used in executable form
- 7 046276 го компьютером кода, сконфигурированного для сравнения определенных уровней D-лактата с указанными эталонными данными, и необязательно реагенты для калибровки электрохимической сенсорной системы.- 7 046276 computer code configured to compare specified D-lactate levels to specified reference data, and optionally reagents for calibrating the electrochemical sensor system.
Наборы в соответствии с настоящим изобретением могут также содержать инструкции по применению. Значения отсечки, предоставляемые набором, могут варьировать в зависимости от инфекционного заболевания и образцов, подлежащих использованию для осуществления способа в соответствии с настоящим изобретением. Набор может обеспечивать перечень подходящих значений отсечки для перечня инфекционных заболеваний и/или образцов, подлежащих использованию.Kits in accordance with the present invention may also contain instructions for use. The cutoff values provided by the kit may vary depending on the infectious disease and samples to be used to implement the method in accordance with the present invention. The kit may provide a list of suitable cutoff values for a list of infectious diseases and/or samples to be used.
Реагенты для калибровки электрохимической системы могут содержать D-лактат и подходящие буферные растворы для создания подходящих калибровочных образцов. Такие образцы могут быть предоставлены в готовом виде, или основной материал и реагенты для создания таких образцов могут быть предоставлены набором, чтобы пользователь мог создавать специальные калибровочные образцы для конкретного применения набора, выполняемого соответствующим пользователем.Electrochemical system calibration reagents may contain D-lactate and suitable buffer solutions to create suitable calibration samples. Such samples may be provided off-the-shelf, or the base material and reagents for creating such samples may be provided as a kit to allow the user to create custom calibration samples for the specific application of the kit performed by the respective user.
Согласно следующему аспекту настоящее изобретение относится к электрохимической сенсорной системе (биосенсору) для определения уровня D-лактата в образце. Варианты осуществления электрохимической сенсорной системы в соответствии с настоящим изобретением раскрываются в контексте способа и набора в соответствии с настоящим изобретением. Согласно предпочтительному варианту осуществления электрохимическая сенсорная система для определения уровня D-лактата в образце содержит D-LDH в качестве компонента распознавания D-лактата, иммобилизованного на тест-полоске для вставки в переносное устройство считывания.According to another aspect, the present invention relates to an electrochemical sensor system (biosensor) for determining the level of D-lactate in a sample. Embodiments of an electrochemical sensor system in accordance with the present invention are disclosed in the context of a method and kit in accordance with the present invention. In a preferred embodiment, the electrochemical sensing system for determining the level of D-lactate in a sample comprises D-LDH as a D-lactate sensing component immobilized on a test strip for insertion into a portable reader.
Согласно вариантам осуществления электрохимическая сенсорная система в соответствии с настоящим изобретением содержит потенциометрический сенсор и/или амперометрический сенсор. Система предпочтительно содержит электрод определения (рабочий) с иммобилизованной на поверхности электрода связывающей D-лактат молекулой, предпочтительно D-LDH. Согласно предпочтительным вариантам осуществления электрохимическая сенсорная система содержит (предпочтительно одноразовую) тест-полоску, которая содержит электрод определения с иммобилизованной связывающей D-лактат молекулой и предпочтительно также противоэлектрод и/или электроды сравнения. Согласно вариантам осуществления электрохимическая сенсорная система также содержит устройство считывания, предпочтительно портативное переносное устройство считывания, подходящее для вставки тест-полоски и для измерения D-лактата в образце.In embodiments, the electrochemical sensor system of the present invention comprises a potentiometric sensor and/or an amperometric sensor. The system preferably contains a detection electrode (working) with a D-lactate binding molecule, preferably D-LDH, immobilized on the surface of the electrode. In preferred embodiments, the electrochemical sensing system comprises a (preferably disposable) test strip that contains a detection electrode with an immobilized D-lactate binding molecule and preferably also a counter electrode and/or reference electrodes. In embodiments, the electrochemical sensor system also includes a reader, preferably a portable handheld reader, suitable for inserting a test strip and for measuring D-lactate in the sample.
Все признаки, которые были раскрыты в контексте способа в соответствии с настоящим изобретением, наряду с этим также раскрываются в контексте набора и электрохимической сенсорной системы в соответствии с настоящим изобретением и наоборот. Соответственно, признаки вариантов осуществления способа в соответствии с настоящим изобретением также могут быть признаками вариантов осуществления набора и электрохимической сенсорной системы в соответствии с настоящим изобретением и наоборот.All features that have been disclosed in the context of the method in accordance with the present invention are also disclosed in the context of the kit and electrochemical sensor system in accordance with the present invention and vice versa. Accordingly, features of embodiments of a method in accordance with the present invention may also be features of embodiments of a kit and electrochemical sensor system in accordance with the present invention and vice versa.
Подробное описание изобретенияDetailed Description of the Invention
Настоящее изобретение относится к in vitro способу диагностики, прогнозирования, оценки риска, мониторинга, терапевтического ведения и/или терапевтического контроля инфекционного заболевания, включающему (a) обеспечение образца субъекта, проявляющего клинические симптомы инфекции и/или подозреваемого в наличии инфекции, (b) определение уровня D-лактата в указанном образце, (c) при этом уровень D-лактата указывает на наличие инфекционного заболевания, отличающемуся тем, что (d) уровень D-лактата в указанном образце определяют с помощью электрохимической сенсорной системы (биосенсора).The present invention relates to an in vitro method for the diagnosis, prognosis, risk assessment, monitoring, therapeutic management and/or therapeutic control of an infectious disease, comprising (a) providing a sample of a subject exhibiting clinical symptoms of infection and/or suspected of having an infection, (b) determining the level of D-lactate in the specified sample, (c) the level of D-lactate indicates the presence of an infectious disease, characterized in that (d) the level of D-lactate in the specified sample is determined using an electrochemical sensor system (biosensor).
Используемый в настоящем документе термин диагностика в контексте настоящего изобретения относится к распознаванию и (раннему) обнаружению клинического состояния субъекта, связанного с инфекционным заболеванием. Также термин диагностика может охватывать оценивание тяжести инфекционного заболевания. Термин прогнозирование относится к предсказанию исхода или конкретного риска для субъекта на основании инфекционного заболевания. Это также может включать оценку шанса восстановления или шанса неблагоприятного исхода для указанного субъекта.As used herein, the term diagnosis in the context of the present invention refers to the recognition and (early) detection of a clinical condition of a subject associated with an infectious disease. Also, the term diagnosis can cover the assessment of the severity of an infectious disease. The term prediction refers to the prediction of an outcome or specific risk for a subject based on an infectious disease. This may also include an assessment of the chance of recovery or the chance of an unfavorable outcome for the specified subject.
Термин оценка риска и, возможно, последующая стратификация пациентов относится к группированию субъектов в различные группы риска в соответствии с их прогнозом. Оценка риска также относится к стратификации для применения превентивных и/или терапевтических мер. Кроме того, способы в соответствии с настоящим изобретением можно использовать для стратификации терапии, при этом термин стратификация терапии, в частности, относится к группировке или классификации пациентов в различные группы, такие как группы риска или получающие терапию группы, которые получают определенные дифференцированные терапевтические меры в зависимости от их классификации. Термин стратификация терапии также относится к группировке или классификации пациентов с инфекциями или с симптомами инфекционного заболевания в группу, которая не нуждается в получении определенных терапевтических мер, таких как лечение антибиотиками.The term risk assessment and possibly subsequent patient stratification refers to the grouping of subjects into different risk groups according to their prognosis. Risk assessment also relates to stratification for the application of preventive and/or therapeutic measures. Additionally, the methods of the present invention can be used to stratify therapy, wherein the term therapy stratification specifically refers to the grouping or classification of patients into different groups, such as risk groups or treatment groups, who receive certain differentiated therapeutic measures in depending on their classification. The term therapy stratification also refers to the grouping or classification of patients with infections or symptoms of an infectious disease into a group that does not need to receive certain therapeutic measures, such as antibiotic treatment.
Способы в соответствии с настоящим изобретением также можно использовать для мониторинга. Термин мониторинг в контексте способа в соответствии с настоящим изобретением, касающегося инThe methods of the present invention can also be used for monitoring. The term monitoring in the context of the method according to the present invention relating to
- 8 046276 фекционных заболеваний, относится к отслеживанию уже диагностированного инфекционного заболевания, нарушения, осложнения или риска, например, для анализа прогрессирования заболевания или влияния конкретных лечения или терапии на прогрессирование заболевания у тяжелобольного пациента или инфекционного заболевания у пациента. Термины мониторинг терапии и терапевтический контроль в контексте настоящего изобретения относятся к мониторингу и/или корректировке терапевтического лечения указанного субъекта, например, путем получения обратной связи, информирующей об эффективности терапии. Используемый в настоящем документе термин терапевтическое ведение относится к применению определенных терапевтических средств, терапевтических действий или медицинских вмешательств на основании уровня D-лактата, определенного в контексте настоящего изобретения. Это включает корректировку терапии или прекращение терапии.- 8 046276 infectious diseases, refers to the monitoring of an already diagnosed infectious disease, disorder, complication or risk, for example, to analyze the progression of a disease or the effect of a specific treatment or therapy on the progression of a disease in a seriously ill patient or an infectious disease in a patient. The terms therapy monitoring and therapeutic control as used herein refer to monitoring and/or adjusting the therapeutic treatment of a specified subject, for example, by obtaining feedback regarding the effectiveness of therapy. As used herein, the term therapeutic management refers to the administration of certain therapeutic agents, therapeutic actions or medical interventions based on the level of D-lactate determined in the context of the present invention. This includes adjusting therapy or stopping therapy.
Термин инфекционное заболевание предусматривает и включает все заболевания или нарушения, которые связаны с инфекцией и/или вызваны инфекцией, такой как, в частности, бактериальная, вирусная и/или грибковая инфекция. Используемый в настоящем документе термин инфекция относится к патологическому процессу, вызванному инвазией в обычно стерильную ткань или жидкость патогенных или потенциально патогенных возбудителей/патогенов, организмов и/или микроорганизмов, и предпочтительно относится к инфекции(ям), вызываемой (вызываемым) бактериями, вирусами, грибками и/или паразитами. Соответственно, инфекция может представлять собой бактериальную инфекцию, вирусную инфекцию и/или грибковую инфекцию. Инфекция может быть местной или системной инфекцией. Для целей настоящего изобретения вирусная инфекция может рассматриваться как инфекция, вызванная микроорганизмом.The term infectious disease is intended to encompass and include all diseases or disorders that are associated with and/or caused by infection, such as, but not limited to, bacterial, viral and/or fungal infection. As used herein, the term infection refers to a pathological process caused by the invasion of normally sterile tissue or fluid by pathogenic or potentially pathogenic pathogens/pathogens, organisms and/or microorganisms, and preferably refers to infection(s) caused by bacteria, viruses, fungi and/or parasites. Accordingly, the infection may be a bacterial infection, a viral infection and/or a fungal infection. The infection may be local or systemic infection. For the purposes of the present invention, a viral infection can be considered as an infection caused by a microorganism.
Настоящее изобретение охватывает нозокомиальные инфекции. Нозокомиальные инфекции также называют внутрибольничными инфекциями, связанными с оказанием медицинской помощи, поскольку инфекции могут быть переданы в больнице, доме престарелых, реабилитационном учреждении, амбулаторной клинике или других клинических или медицинских учреждениях. Нозокомиальная инфекция может передаваться восприимчивому пациенту в клинических условиях различными способами. Инфекцию может распространять медицинский персонал в дополнение зараженному оборудованию, постельному белью или воздушно-капельной среде. Инфекция может происходить из внешней среды, другого инфицированного пациента, персонала, который может быть инфицирован, или, в некоторых случаях, источник инфекции не может быть определен. В некоторых случаях микроорганизм происходит из собственной микробиоты кожи пациента, становясь условно-патогенным после хирургического вмешательства или других процедур, нарушающих защитный кожный барьер. Хотя пациент мог заразиться инфекцией через собственную кожу, инфекция по-прежнему считается нозокомиальной, поскольку развивается в медицинском учреждении.The present invention covers nosocomial infections. Nosocomial infections are also called healthcare-associated infections because the infections may be acquired in a hospital, nursing home, rehabilitation facility, outpatient clinic, or other clinical or health care setting. Nosocomial infection can be transmitted to a susceptible patient in a clinical setting in a variety of ways. Infection can be spread by medical personnel in addition to contaminated equipment, bedding, or airborne droplets. Infection may come from the external environment, another infected patient, personnel who may be infected, or, in some cases, the source of infection cannot be determined. In some cases, the microorganism originates from the patient's own skin microbiota, becoming opportunistic after surgery or other procedures that disrupt the protective skin barrier. Although the patient may have contracted the infection through his or her own skin, the infection is still considered nosocomial because it develops in a health care setting.
Согласно вариантам осуществления субъект, страдающий инфекцией, может одновременно страдать от более чем одного источника инфекции. Например, субъект может страдать бактериальной инфекцией и вирусной инфекцией; вирусной инфекцией и грибковой инфекцией; бактериальной и грибковой инфекцией, а также бактериальной инфекцией, грибковой инфекцией и вирусной инфекцией, или может страдать смешанной инфекцией, включающей одну или несколько инфекций, перечисленных в настоящем документе, включая потенциально суперинфекцию, например, одну или несколько бактериальных инфекций в дополнение к одной или нескольким вирусным инфекциям и/или к одной или нескольким грибковым инфекциям.In embodiments, a subject suffering from an infection may simultaneously suffer from more than one source of infection. For example, the subject may be suffering from a bacterial infection and a viral infection; viral infection and fungal infection; bacterial and fungal infection, as well as bacterial infection, fungal infection and viral infection, or may have a mixed infection involving one or more of the infections listed herein, including a potential superinfection, such as one or more bacterial infections in addition to one or more viral infections and/or one or more fungal infections.
В контексте настоящего изобретения инфекционное заболевание предпочтительно связано с бактериальной и/или грибковой инфекцией, предпочтительно по меньшей мере с одним инфекционным возбудителем, выбранным из группы, включающей Staphylococcus aureus, коагулазонегативные стафилококки, Streptococcus spp., Enterococcus spp., анаэробы, грамотрицательные бактерии и Candida spp.In the context of the present invention, the infectious disease is preferably associated with a bacterial and/or fungal infection, preferably with at least one infectious agent selected from the group consisting of Staphylococcus aureus, coagulase-negative staphylococci, Streptococcus spp., Enterococcus spp., anaerobes, gram-negative bacteria and Candida spp.
Согласно одному варианту осуществления инфекция, подлежащая обнаружению или подлежащая тестированию, может быть выбрана из видов Bordetella, таких как Bordetella pertussis, Borrelia, таких как Borrelia burgdorferi, Brucella, таких как Brucella abortus, Brucella canis, Brucella melitensis или Brucella suis, Campylobacter, таких как Campylobacter jejuni, Chlamydia и Chlamydophila, таких как Chlamydia pneumonia, Chlamydia trachomatis, Chlamydophila psittaci, Clostridium, таких как Clostridium botulinum, Clostridium difficile, Clostridium perfringens, Clostridium tetani, Corynebacterium, таких как Corynebacterium diphtheria, Enterococcus, таких как Enterococcus faecalis, Enterococcus faecium, Escherichia, таких как Escherichia coli, Francisella, таких как Francisella tularensis, Haemophilus, таких как Haemophilus influenza, Helicobacter, таких как Helicobacter pylori, Legionella, таких как Legionella pneumophila, Leptospira, таких как Leptospira interrogans, Listeria, таких как Listeria monocytogenes, Mycobacterium, таких как Mycobacterium leprae, Mycobacterium tuberculosis, Mycobacterium ulcerans, Mycoplasma, таких как Mycoplasma pneumonia, Neisseria, таких как Neisseria gonorrhoeae, Neisseria meningitides, Pseudomonas, таких как Pseudomonas aeruginosa, Rickettsia, таких как Rickettsia rickettsia, Salmonella, таких как Salmonella typhi, Salmonella typhimurium, Shigella, таких как Shigella sonnei, Staphylococcus, таких как Staphylococcus aureus, Staphylococcus epidermidis, Staphylococcus saprophyticus, Streptococcus, таких как Streptococcus agalactiae, Streptococcus pneumonia, Streptococcus pyogenes, Treponema, таких как Treponema pallidum, Vibrio, таких как Vibrio cholera, Yersinia, таких как Yersinia pestis, Yersinia enterocolitica или Yersinia pseudotuberculosis.In one embodiment, the infection to be detected or tested may be selected from Bordetella species such as Bordetella pertussis, Borrelia such as Borrelia burgdorferi, Brucella such as Brucella abortus, Brucella canis, Brucella melitensis or Brucella suis, Campylobacter such such as Campylobacter jejuni, Chlamydia and Chlamydophila such as Chlamydia pneumonia, Chlamydia trachomatis, Chlamydophila psittaci, Clostridium such as Clostridium botulinum, Clostridium difficile, Clostridium perfringens, Clostridium tetani, Corynebacterium such as Corynebacterium diphtheria, Enterococcus such as Enterococcus faec alis, Enterococcus faecium, Escherichia such as Escherichia coli, Francisella such as Francisella tularensis, Haemophilus such as Haemophilus influenza, Helicobacter such as Helicobacter pylori, Legionella such as Legionella pneumophila, Leptospira such as Leptospira interrogans, Listeria such as Listeria monocytogenes , Mycobacterium such as Mycobacterium leprae, Mycobacterium tuberculosis, Mycobacterium ulcerans, Mycoplasma such as Mycoplasma pneumonia, Neisseria such as Neisseria gonorrhoeae, Neisseria meningitides, Pseudomonas such as Pseudomonas aeruginosa, Rickettsia such as Rickettsia rickettsia, Salmonella such as Salmonella typhi, Salmonella typhimurium, Shigella such as Shigella sonnei, Staphylococcus such as Staphylococcus aureus, Staphylococcus epidermidis, Staphylococcus saprophyticus, Streptococcus such as Streptococcus agalactiae, Streptococcus pneumonia, Streptococcus pyogenes, Treponema such as Treponema pallidum, Vibrio such as Vibri o cholera, Yersinia, such as Yersinia pestis, Yersinia enterocolitica or Yersinia pseudotuberculosis.
- 9 046276- 9 046276
Патогенные грибки представляют собой грибки, которые вызывают заболевание у людей или других организмов. Виды Candida являются важными патогенами человека, которые, как хорошо известно, вызывают оппортунистские инфекции у хозяев с ослабленным иммунитетом (например, у перенесших трансплантацию пациентов, страдающих синдромом приобретенного иммунодефицита СПИДом, больных раком пациентов). Инфекции трудно поддаются лечению и могут быть очень тяжелыми: 30-40% системных инфекций приводят к смерти. Аспергиллез вызывается еще одним потенциальным грибковым патогеном. Aspergillus может вызывать заболевание тремя основными способами: через продуцирование микотоксинов; за счет индуцирования аллергических реакций и через локализованные или системные инфекции. В отношении последних двух категорий иммунный статус хозяина имеет решающее значение. Наиболее распространенными патогенными видами являются Aspergillus fumigatus и Aspergillus flavus. Aspergillus flavus продуцирует афлатоксин, который является одновременно токсином и канцерогеном и потенциально может загрязнять пищевые продукты. Aspergillus fumigatus и Aspergillus clavatus могут вызывать заболевание. Cryptococcus neoformans может вызывать заболевание у людей. Cryptococcus neoformans является основным патогеном человека и животных. Известно, что Cryptococcus laurentii и Cryptococcus albidus иногда вызывают заболевания средней и тяжелой степени у людей с ослабленным иммунитетом. Cryptococcus gattii является эндемиком тропических частей континента Африки и Австралии и может вызывать заболевание. Histoplasma capsulatum может вызывать гистоплазмоз у людей, собак и кошек. Pneumocystis jirovecii (или Pneumocystis carinii) может вызывать форму пневмонии у людей с ослабленной иммунной системой, таких как недоношенные дети, пожилые люди и пациенты со СПИДом. Stachybotrys chartarum или черная плесень может вызывать поражение дыхательных путей и сильные головные боли.Pathogenic fungi are fungi that cause disease in humans or other organisms. Candida species are important human pathogens that are well known to cause opportunistic infections in immunocompromised hosts (eg, transplant patients, acquired immunodeficiency syndrome AIDS, cancer patients). Infections are difficult to treat and can be very severe, with 30-40% of systemic infections resulting in death. Aspergillosis is caused by another potential fungal pathogen. Aspergillus can cause disease in three main ways: through the production of mycotoxins; by inducing allergic reactions and through localized or systemic infections. For the latter two categories, the immune status of the host is critical. The most common pathogenic species are Aspergillus fumigatus and Aspergillus flavus. Aspergillus flavus produces aflatoxin, which is both a toxin and carcinogen and has the potential to contaminate food. Aspergillus fumigatus and Aspergillus clavatus can cause the disease. Cryptococcus neoformans can cause disease in humans. Cryptococcus neoformans is a major pathogen of humans and animals. Cryptococcus laurentii and Cryptococcus albidus are known to occasionally cause moderate to severe illness in immunocompromised people. Cryptococcus gattii is endemic to tropical parts of the continent of Africa and Australia and can cause disease. Histoplasma capsulatum can cause histoplasmosis in humans, dogs and cats. Pneumocystis jirovecii (or Pneumocystis carinii) can cause a form of pneumonia in people with weakened immune systems, such as premature babies, the elderly, and patients with AIDS. Stachybotrys chartarum or black mold can cause respiratory infections and severe headaches.
Согласно одному варианту осуществления инфекция, подлежащая обнаружению или подлежащая тестированию, может быть выбрана из инфекции, вызываемой Acinetobacter baumannii, Klebsiella pneumoniae, Acinetobacter Iwoffii, Listeria monocytogenes, Aeromonas caviae, Morganella morganii, Aeromonas hydrophila, Neisseria gonorrhoeae, Aspergillus flavus, Neisseria meningitidis, Aspergillus nidulans, Pasteurella multocida, Aspergillus niger, Pasteurella pneumotropica, Aspergillus terreus, Propionibacterium acnes, Bacillus anthracis, Proteus mirabillis, Bacillus cereus, Providencia rettgeri, Bacillus subtilis, Pseudomonas aeruginosa, Bacteroides fragilis, Salmonella choleraesuis, Brucella melitensis, Serratia liquefaciens, Burkholderia cepacia, Serratia marcescens, Candida albicans, Staphylococcus aureus, Candida dubliniensis, Staphylococcus epidermidis, Candida glabrata, Staphylococcus haemolyticus, Candida krusei, Staphylococcus hominis, Candida parapsilosis, Staphylococcus saccharolyticus, Candida tropicalis, Staphylococcus warneri, Capnocytophaga canimorsus, Stenotrophomonas maltophilia, Citrobacter braakii, Streptococcus agalactiae, Citrobacter freundii, Streptococcus anginosus, Clostridium perfringens, Streptococcus bovis, Corynebacterium jeikeium, Streptococcus constellatus, Enterobacter aerogenes, Streptococcus dysgalactiae, Enterobacter cloacae, Streptococcus mutans, Enterobacter sakazakii, Streptococcus pneumoniae, Enterococcus faecas, liStreptococcus pyogenes, Enterococcus faecium, Streptococcus salivarius, Escherichia coli, Streptococcus sanguinis, Shigella spp., Streptococcus suis, Gemella haemolysans, Vibrio vulnificus, Gemella morbillorum, Yersinia enterocolitica, Haemophilus influenzae, Yersinia pestis, Kingella kingae, Yersinia pseudotuberculosis и Klebsiella oxytoca.In one embodiment, the infection to be detected or tested may be selected from Acinetobacter baumannii, Klebsiella pneumoniae, Acinetobacter Iwoffii, Listeria monocytogenes, Aeromonas caviae, Morganella morganii, Aeromonas hydrophila, Neisseria gonorrhoeae, Aspergillus flavus, Neisseria meningitidis, Aspergillus nidulans, Pasteurella multocida, Aspergillus niger, Pasteurella pneumotropica, Aspergillus terreus, Propionibacterium acnes, Bacillus anthracis, Proteus mirabillis, Bacillus cereus, Providencia rettgeri, Bacillus subtilis, Pseudomonas aeruginosa, Bacteroides fragilis, Salmonella choleraesuis, Brucella melitens is, Serratia liquefaciens, Burkholderia cepacia, Serratia marcescens, Candida albicans, Staphylococcus aureus, Candida dubliniensis, Staphylococcus epidermidis, Candida glabrata, Staphylococcus haemolyticus, Candida krusei, Staphylococcus hominis, Candida parapsilosis, Staphylococcus saccharolyticus, Candida tropicalis, Staphylococcus warneri, Capnocytophaga can imorsus, Stenotrophomonas maltophilia, Citrobacter braakii, Streptococcus agalactiae , Citrobacter freundii, Streptococcus anginosus, Clostridium perfringens, Streptococcus bovis, Corynebacterium jeikeium, Streptococcus constellatus, Enterobacter aerogenes, Streptococcus dysgalactiae, Enterobacter cloacae, Streptococcus mutans, Enterobacter sakazakii, Streptococcus pneumoniae, Enterococcus faecas, liStreptococcus pyogenes, Enterococcus faecium, Streptococcus salivarius, Escherichia coli, Streptococcus sanguinis, Shigella spp., Streptococcus suis, Gemella haemolysans, Vibrio vulnificus, Gemella morbillorum, Yersinia enterocolitica, Haemophilus influenzae, Yersinia pestis, Kingella kingae, Yersinia pseudotuberculosis and Klebsiella oxytoca.
Согласно вариантам осуществления настоящего изобретения инфекционное заболевание представляет собой инфекцию сустава, инфекцию протезного сустава (PJI), инфекцию центральной нервной системы, менингит, перитонит, инфекцию плевральной полости, инфекцию перикардиального пространства и/или инфекцию кровотока.In embodiments of the present invention, the infectious disease is a joint infection, a prosthetic joint infection (PJI), a central nervous system infection, meningitis, peritonitis, a pleural cavity infection, a pericardial space infection, and/or a bloodstream infection.
В контексте вариантов осуществления настоящего изобретения образец предпочтительно соответствует физиологической жидкости, которая находится в контакте с тканью или органом, которые предположительно инфицированы. Например, в случае инфекции центральной нервной системы ЦНС или менингита предпочтительно можно использовать образец спинномозговой жидкости СМЖ.In the context of embodiments of the present invention, the sample preferably corresponds to a physiological fluid that is in contact with a tissue or organ that is suspected of being infected. For example, in the case of a central nervous system infection or meningitis, a cerebrospinal fluid (CSF) sample may preferably be used.
Менингит представляет собой острое воспаление защитных оболочек головного мозга и спинного мозга, известных под общим названием мозговые оболочки. Наиболее частыми симптомами являются жар, головная боль и скованность шеи. Другие симптомы включают спутанность сознания или измененное сознание, рвоту и неспособность переносить свет или громкие звуки. Маленькие дети часто проявляют только неспецифические симптомы, такие как раздражительность, сонливость или плохой аппетит. Если присутствует сыпь, это может указывать на конкретную причину менингита; например, менингит, вызванный менингококковыми бактериями, может сопровождаться характерной сыпью. Воспаление может быть вызвано инфицированием вирусами, бактериями или другими микроорганизмами, реже - некоторыми лекарственными средствами. Менингит может быть опасным для жизни из-за близости воспаления к головному мозгу и спинному мозгу; следовательно, состояние классифицируется как требующее срочной медицинской помощи. Менингит можно диагностировать или исключать по люмбальной пункции, при которой в позвоночный канал вводится игла для взятия образца спинномозговой жидкости (СМЖ).Meningitis is an acute inflammation of the protective coverings around the brain and spinal cord, known collectively as the meninges. The most common symptoms are fever, headache and neck stiffness. Other symptoms include confusion or altered consciousness, vomiting, and an inability to tolerate light or loud noises. Young children often show only nonspecific symptoms, such as irritability, drowsiness, or poor appetite. If a rash is present, this may indicate a specific cause of meningitis; for example, meningitis caused by meningococcal bacteria may be accompanied by a characteristic rash. Inflammation can be caused by infection with viruses, bacteria or other microorganisms, and less commonly by certain medications. Meningitis can be life-threatening due to the inflammation's proximity to the brain and spinal cord; therefore, the condition is classified as a medical emergency. Meningitis can be diagnosed or ruled out by a lumbar puncture, in which a needle is inserted into the spinal canal to remove a sample of cerebrospinal fluid (CSF).
Используемый в настоящем документе термин инфекция крови может включать в системную инфекцию кровотока, сепсис, тяжелый сепсис и/или септический шок.As used herein, the term bloodstream infection may include systemic bloodstream infection, sepsis, severe sepsis, and/or septic shock.
Инфекция сустава, также известная как септический артрит или инфекционный артрит, представляJoint infection, also known as septic arthritis or infectious arthritis, is
- 10 046276 ет собой инвазию сустава инфекционным возбудителем, что приводит к воспалению сустава. Симптомы обычно включают покраснение, жар и боль в одном суставе, связанные со снижением способности сустава двигаться. Начало обычно быстрое. Другие симптомы могут включать жар, слабость и головную боль. Иногда может быть затронуто более одного сустава. Причины включают бактерии, вирусы, грибки и паразиты. Факторы риска включают искусственный/протезный сустав, перенесенный артрит, диабет и плохую иммунную функцию. Чаще всего суставы инфицируются через кровь, но могут также инфицироваться через травму или инфекцию вокруг сустава. Диагностика обычно основывается на аспирации суставной жидкости и ее культивировании. Начальное лечение обычно включает антибиотики, такие как ванкомицин, цефтриаксон или цефтазидим. Также может быть проведено хирургическое вмешательство по очистке сустава. Без раннего лечения могут возникать долговременные проблемы с суставами. Септический артрит ежегодно встречается у приблизительно 5 человек на 100000. Чаще встречается у пожилых людей. При лечении умирают приблизительно 15% людей, а без лечения умирают 66%.- 10 046276 is an invasion of the joint by an infectious pathogen, which leads to inflammation of the joint. Symptoms usually include redness, heat, and pain in one joint associated with decreased ability of the joint to move. The onset is usually quick. Other symptoms may include fever, weakness and headache. Sometimes more than one joint may be affected. Causes include bacteria, viruses, fungi and parasites. Risk factors include artificial/prosthetic joint, previous arthritis, diabetes and poor immune function. Joints most often become infected through the blood, but can also become infected through injury or infection around the joint. Diagnosis is usually based on joint fluid aspiration and culture. Initial treatment usually includes antibiotics such as vancomycin, ceftriaxone, or ceftazidime. Surgery may also be performed to clean out the joint. Without early treatment, long-term joint problems can occur. Septic arthritis affects approximately 5 in 100,000 people each year. It is more common in older people. With treatment, approximately 15% of people die, and without treatment, 66% die.
Согласно вариантам осуществления настоящего изобретения способ в соответствии с настоящим изобретением может включать стадию лечения в случае, если электрохимическое определение D-лактата указывает на наличие инфекционного заболевания. На такой стадии лечения для соответствующего пациента могут быть применены одна или несколько терапевтических мер, раскрываемых в настоящем документе.According to embodiments of the present invention, the method in accordance with the present invention may include the step of treating if the electrochemical determination of D-lactate indicates the presence of an infectious disease. At such a stage of treatment, one or more of the therapeutic measures disclosed herein may be administered to the appropriate patient.
В контексте настоящего изобретения термин медицинское лечение или лечение включает различные виды лечения и терапевтические стратегии, в частности, виды лечения, которые известны квалифицированному специалисту для соответствующего диагностированного инфекционного заболевания. В контексте настоящего изобретения лечение может включать лечение антибиотиками, такими как внутривенный антибиотик, пероральные антибиотики или антибиотики для местного применения. Медицинское лечение в соответствии с настоящим изобретением может представлять собой лечение антибиотиками, при котором можно вводить один или несколько антибиотиков или антибиотических средств, если диагностирована инфекция или определены симптомы инфекционного заболевания.In the context of the present invention, the term medical treatment or treatment includes various types of treatment and therapeutic strategies, in particular, types of treatment that are known to a qualified specialist for the corresponding diagnosed infectious disease. In the context of the present invention, treatment may include treatment with antibiotics, such as intravenous antibiotics, oral antibiotics or topical antibiotics. Medical treatment in accordance with the present invention may be antibiotic treatment, in which one or more antibiotics or antibiotic agents may be administered if an infection is diagnosed or symptoms of an infectious disease are determined.
Антибиотики или антибиотические средства в соответствии с настоящим изобретением также потенциально охватывают противогрибковые или противовирусные соединения, используемые для лечения диагностированной инфекции или сепсиса. Антибиотические средства, обычно применяемые при лечении любой данной инфекции, которые можно использовать в контексте настоящего изобретения, с разделением на классы по патогенам, включают спектр действия - грамположительные: пенициллины (ампициллин, амоксициллин), устойчивые к пенициллиназе (диклоксациллин, оксациллин), цефалоспорины (1-го и 2-го поколения), макролиды (эритромицин, кларитромицин, азитромицин), хинолоны (гатифлоксацин, моксифлоксацин, левофлоксацин), ванкомицин, сульфонамид/триметоприм, клиндамицин, тетрациклины, хлорамфеникол, линезолид, синерцид; спектр действия - грамотрицательные: пенициллины широкого спектра действия (тикарциллин, клавуланат, пиперациллин, тазобактам), цефалоспорины (2-го, 3-го и 4-го поколения), аминогликозиды, макролиды, азитромицин, хинолоны (ципрофлоксацин), монобактамы (азетреонам), сульфонамид/триметоприм, карбапенемы (имипенем), хлорамфеникол; спектр действия - Pseudomonas: ципрофлоксацин, аминогликозиды, некоторые цефалоспорины 3-го поколения, цефалоспорины 4-го поколения, пенициллины широкого спектра действия, карбапенемы;Antibiotics or antibiotic agents in accordance with the present invention also potentially include antifungal or antiviral compounds used to treat a diagnosed infection or sepsis. Antibiotic agents commonly used in the treatment of any given infection that can be used in the context of the present invention, divided into pathogen classes, include the spectrum of action - gram-positive: penicillins (ampicillin, amoxicillin), penicillinase-resistant (dicloxacillin, oxacillin), cephalosporins ( 1st and 2nd generation), macrolides (erythromycin, clarithromycin, azithromycin), quinolones (gatifloxacin, moxifloxacin, levofloxacin), vancomycin, sulfonamide/trimethoprim, clindamycin, tetracyclines, chloramphenicol, linezolid, synercid; spectrum of action - gram-negative: broad-spectrum penicillins (ticarcillin, clavulanate, piperacillin, tazobactam), cephalosporins (2nd, 3rd and 4th generation), aminoglycosides, macrolides, azithromycin, quinolones (ciprofloxacin), monobactams (azetreonam) , sulfonamide/trimethoprim, carbapenems (imipenem), chloramphenicol; spectrum of action - Pseudomonas: ciprofloxacin, aminoglycosides, some 3rd generation cephalosporins, 4th generation cephalosporins, broad-spectrum penicillins, carbapenems;
противогрибковые виды лечения: аллиамины, амфотерицин В, флуконазол и другие азолы, итраконазол, вориконазол, позаконазол, равуконазол, эхинокандины, флуцитозин, сордарины, ингибиторы хитинсинтетазы, ингибиторы топоизомеразы, липопептиды, прадимицины, липосомальный нистатин, вориконазол, эхиноканидины, имидазол, триазол, тиазол, полиен;antifungal treatments: alliamines, amphotericin B, fluconazole and other azoles, itraconazole, voriconazole, posaconazole, ravuconazole, echinocandins, flucytosine, sordarins, chitin synthetase inhibitors, topoisomerase inhibitors, lipopeptides, pradimycins, liposomal nystatin, voriconazole, echinocanidins, imidazole, triazole , thiazole , polyene;
противовирусные виды лечения: абакавир, ацикловир (Aciclovir), олигомеризер активированной каспазы, адефовир, амантадин, ампренавир (Agenerase), амплиген, арбидол, атазанавир, атрипла, балавир, цидофовир, комбивир, долутегравир, дарунавир, делавирдин, диданозин, двухнитевая рибонуклеиновая кислота РНК, докозанол, эдоксудин, эфавиренц, эмтрицитабин, энфувиртид, энтекавир, эколиевер, фамцикловир, комбинация с фиксированной дозой (противоретровирусная), фомивирсен, фосампренавир, фоскарнет, фосфонет, ингибитор слияния, ганцикловир, ибацитабин, имуновир, идоксуридин, имиквимод, индинавир, инозин, ингибитор интегразы, интерферон III типа, интерферон II типа, интерферон I типа, интерферон, ламивудин, лопинавир, ловирид, маравирок, мороксидин, метизазон, морфолинос, нельфинавир, невирапин, нексавир, нитазоксанид, аналоги нуклеозидов, новир, осельтамивир (тамифлю), пегинтерферон альфа-/;·!, пенцикловир, перамивир, плеконарил, подофиллотоксин, ингибитор протеазы (фармакология), ралтегравир, ингибитор обратной транскриптазы, рибавирин, рибозимы, рифампицин, римантадин, ритонавир, РНКаза H, ингибиторы протеазы, пирамидин, саквинавир, софосбувир, ставудин, синергетический усилитель (противоретровирусный), телапревир, тенофовир, тенофовир дизопроксил, типранавир, трифлуридин, тризивир, тромантадин, трувада, валацикловир (Valtrex), валганцикловир викривирок, видарабин, вирамидин, зальцитабин, занамивир (Relenza), зидовудин.antiviral treatments: abacavir, aciclovir, activated caspase oligomerizer, adefovir, amantadine, amprenavir (Agenerase), ampligen, arbidol, atazanavir, atripla, balavir, cidofovir, combivir, dolutegravir, darunavir, delavirdine, didanosine, double-stranded ribonucleic acid RNA , docosanol, edoxudin, efavirenz, emtricitabine, enfuvirtide, entecavir, ecoliever, famciclovir, fixed dose combination (antiretroviral), fomivirsen, fosamprenavir, foscarnet, phosphonet, fusion inhibitor, ganciclovir, ibacitabine, imunovir, idoxuridine, imiquimod, indinavir, inosine, integrase inhibitor, type III interferon, type II interferon, type I interferon, interferon, lamivudine, lopinavir, loviride, maraviroc, moroxidine, metizazone, morpholinos, nelfinavir, nevirapine, nexavir, nitazoxanide, nucleoside analogs, novir, oseltamivir (Tamiflu), peginterferon alpha/;·!, penciclovir, peramivir, pleconaril, podophyllotoxin, protease inhibitor (pharmacology), raltegravir, reverse transcriptase inhibitor, ribavirin, ribozymes, rifampicin, rimantadine, ritonavir, RNase H, protease inhibitors, pyramidin, saquinavir, sofosbuvir, stavudine , synergistic booster (antiretroviral), telaprevir, tenofovir, tenofovir disoproxil, tipranavir, trifluridine, trizivir, tromantadine, Truvada, valacyclovir (Valtrex), valganciclovir vicriviroc, vidarabine, viramidine, zalcitabine, zanamivir (Relenza), zidovudine.
Кроме того, антибиотические средства включают бактериофаги для лечения бактериальных инфекций, можно использовать синтетические противомикробные пептиды или антагонисты железа/хелатирующее железо средство. Также терапевтические антитела или антагонист против патогенныхIn addition, antibiotic agents include bacteriophages to treat bacterial infections, synthetic antimicrobial peptides or iron antagonists/iron chelating agents can be used. Also therapeutic antibodies or antagonist against pathogenic
- 11 046276 структур, такие как антитела против VAP (от англ. - vascular adhesion protein - сосудистый адгезивный белок), вакцинация против устойчивых клонов, введение иммунных клеток, таких как in vitro примированные или модулированные эффекторные T-клетки, представляют собой антибиотические средства, которые являются вариантами лечения в контексте настоящего изобретения. Дополнительные антибиотические средства/виды лечения или терапевтические стратегии против инфекции или для предотвращения новых инфекций включают применение антисептических средств, обеззараживающих продуктов, противовирулентных средств, таких как липосомы, санитарные меры, уход за раной, хирургическое вмешательство.- 11 046276 structures such as antibodies against VAP (vascular adhesion protein), vaccination against resistant clones, administration of immune cells such as in vitro primed or modulated effector T cells are antibiotic agents, which are treatment options in the context of the present invention. Additional antibiotic agents/treatments or therapeutic strategies against infection or to prevent new infections include the use of antiseptics, disinfectant products, antivirulence agents such as liposomes, sanitation measures, wound care, surgery.
Также можно комбинировать несколько вышеупомянутых антибиотических средств или стратегий лечения.It is also possible to combine several of the above-mentioned antibiotic agents or treatment strategies.
Согласно вариантам осуществления настоящее изобретение включает введение антибиотика, подходящего для лечения, на основе информации, полученной раскрываемым в настоящем документе способом.In embodiments, the present invention includes administering an antibiotic suitable for treatment based on information obtained by a method disclosed herein.
Способы в соответствии с настоящим изобретением особенно выгодны, поскольку электрохимическое измерение D-лактата в образцах пациентов, как оказалось, позволяет проводить диагностические тесты с очень высокой специфичностью и чувствительностью по сравнению с известными способами, которые являются неоптимальными в отношении по меньшей мере одного из этих тестовых свойств.The methods of the present invention are particularly advantageous because electrochemical measurement of D-lactate in patient samples has been shown to allow diagnostic tests to be performed with very high specificity and sensitivity compared to prior art methods that are suboptimal with respect to at least one of these tests. properties.
Чувствительность и специфичность представляют собой статистические показатели эффективности бинарного классификационного теста, также известного в статистике как классификационная функция, что широко используется в медицине. Чувствительность (также называемая показателем истинных положительных результатов, отзывом или вероятностью обнаружения в некоторых областях) измеряет долю фактических положительных результатов, которые правильно идентифицированы как таковые (например, процент больных людей, у которых правильно идентифицировано наличие состояния). Специфичность (также называемая показателем истинных отрицательных результатов) измеряет долю фактических отрицательных результатов, которые правильно идентифицированы как таковые (например, процент здоровых людей, у которых правильно идентифицировано отсутствие состояния). Во многих тестах, включая диагностические медицинские тесты, чувствительность представляет собой степень, в которой не игнорируются фактические положительные результаты (поэтому ложных отрицательных результатов не много), а специфичность представляет собой степень, в которой классифицируются фактические отрицательные результаты как таковые (поэтому ложных положительных результатов не много). Таким образом, высокочувствительный тест редко игнорирует действительный положительный результат (например, показывает ничего неблагоприятного, несмотря на наличие чего-то неблагоприятного); высокоспецифичный тест редко регистрирует положительную классификацию чего-либо, что не является целью тестирования (например, обнаружение одного вида бактерий и принятие его за другой, близкородственный, который является истинной целью).Sensitivity and specificity are statistical measures of the performance of a binary classification test, also known in statistics as a classification function, which is widely used in medicine. Sensitivity (also called true positive rate, recall, or probability of detection in some areas) measures the proportion of actual positives that are correctly identified as such (for example, the percentage of sick people who are correctly identified as having a condition). Specificity (also called the true negative rate) measures the proportion of actual negatives that are correctly identified as such (for example, the percentage of healthy individuals who are correctly identified as not having the condition). In many tests, including diagnostic medical tests, sensitivity is the degree to which actual positive results are not ignored (so there are not many false negatives), and specificity is the degree to which actual negative results are classified as such (so there are not many false positives). a lot of). Thus, a highly sensitive test will rarely ignore a true positive result (eg, show nothing untoward despite the presence of something untoward); a highly specific test will rarely record a positive classification of anything that is not the purpose of testing (for example, detecting one species of bacteria and mistaking it for another, closely related one, which is the true purpose).
Используемые в настоящем документе чувствительность и специфичность диагностического и/или прогностического теста зависят не только от аналитического качества теста, они также зависят от определения того, что является аномальным результатом. На практике кривые операционной характеристики приемника (кривые ROC (от англ. - Receiver Operating Characteristic - операционная характеристика приемника)) обычно рассчитывают путем построения графика зависимости значения переменной от ее относительной частоты у нормальных (т.е. очевидно здоровых индивидуумов, не имеющих инфекции, и у больных популяций, например, у субъектов с инфекцией). В случае настоящего изобретения распределение уровней D-лактата для субъектов с заболеванием/состоянием и без такового, вероятно, будет перекрываться. В таких условиях тест не позволяет абсолютно отличить нормальное состояние от заболевания со 100% точностью, а область перекрывания может указывать на то, где тест не может отличить нормальное состояние от заболевания. Выбирают порог, ниже которого тест не считается нормальным, а выше которого тест считается нормальным или ниже или выше которого тест указывает на конкретное состояние, например, инфекцию. Площадь под кривой ROC является мерой вероятности того, что воспринимаемое измерение позволит правильно идентифицировать состояние. Кривые ROC можно использовать, даже если результаты теста не обязательно дают точное число. При условии, что можно ранжировать результаты, можно построить кривую ROC. Например, результаты теста на образцах заболевания могут быть ранжированы по степени (например, 1 - низкая, 2 - нормальная и 3 - высокая). Это ранжирование можно сопоставлять с результатами в нормальной популяции и создать кривую ROC. Эти способы хорошо известны в уровне техники; см., например, Hanley et al. 1982. Radiology 143: 29-36. Предпочтительно порог выбирают так, чтобы обеспечить площадь кривой ROC более приблизительно 0,5, более предпочтительно более приблизительно 0,7, еще более предпочтительно более приблизительно 0,8, еще более предпочтительно более приблизительно 0,85 и наиболее предпочтительно более приблизительно 0,9. Термин приблизительно в данном контексте относится к плюс/минус 5% данного измерения.As used herein, the sensitivity and specificity of a diagnostic and/or prognostic test depend not only on the analytical quality of the test, they also depend on the definition of what constitutes an abnormal result. In practice, receiver operating characteristic curves (ROC curves) are usually calculated by plotting the value of a variable against its relative frequency in normal (i.e., apparently healthy individuals without infection, and in diseased populations, such as subjects with infection). In the case of the present invention, the distribution of D-lactate levels for subjects with and without the disease/condition is likely to overlap. Under these conditions, the test cannot absolutely distinguish normal from disease with 100% accuracy, and the area of overlap may indicate where the test cannot distinguish normal from disease. A threshold is selected below which the test is not considered normal, above which the test is considered normal, or below or above which the test is indicative of a particular condition, such as infection. The area under the ROC curve is a measure of the likelihood that a perceived measurement will correctly identify a condition. ROC curves can be used even if the test results do not necessarily produce an exact number. Provided the results can be ranked, an ROC curve can be constructed. For example, test results on disease samples may be ranked by grade (eg, 1 is low, 2 is normal, and 3 is high). This ranking can be compared with results in a normal population to create an ROC curve. These methods are well known in the art; see, for example, Hanley et al. 1982. Radiology 143: 29-36. Preferably, the threshold is selected to provide an ROC curve area greater than about 0.5, more preferably greater than about 0.7, even more preferably greater than about 0.8, even more preferably greater than about 0.85, and most preferably greater than about 0.9. The term approximately in this context refers to plus/minus 5% of a given measurement.
Горизонтальная ось кривой ROC представляет (1 - специфичность), которая увеличивается с увеличением частоты ложных положительных результатов. Вертикальная ось кривой представляет чувствительность, которая увеличивается с частотой истинных положительных результатов. Таким образом, дляThe horizontal axis of the ROC curve represents (1 - specificity), which increases with the false positive rate. The vertical axis of the curve represents sensitivity, which increases with the true positive rate. Thus, for
- 12 046276 конкретной выбранной отсечки может быть определено значение (1 - специфичность), и может быть получена соответствующая чувствительность. Площадь под кривой ROC является мерой вероятности того, что измеренный уровень маркера позволит правильно идентифицировать заболевание или состояние. Таким образом, площадь под кривой ROC может быть использована для определения эффективности теста.- 12 046276 of the particular selected cutoff value can be determined (1 - specificity) and the corresponding sensitivity can be obtained. The area under the ROC curve is a measure of the likelihood that a measured marker level will correctly identify a disease or condition. Thus, the area under the ROC curve can be used to determine the effectiveness of the test.
Используемый в настоящем документе термин пациент или субъект может представлять собой позвоночное. В контексте настоящего изобретения термин субъект включает как людей, так и животных, в частности, млекопитающих, и другие организмы.As used herein, the term patient or subject may be a vertebrate. In the context of the present invention, the term subject includes both humans and animals, in particular mammals, and other organisms.
В соответствии с настоящим изобретением пациент, проявляющий симптомы инфекционного заболевания, представляет собой субъекта, у которого наблюдается без ограничения одно или несколько из лихорадки, диареи, усталости, мышечных болей, кашля, укуса животным, наличия затрудненного дыхания, сильной головной боли с лихорадкой, сыпи или отека, необъяснимой или продолжительной лихорадки или проблем со зрением. Другими симптомами могут быть жар и озноб, очень низкая температура тела, олигурия, учащенный пульс, учащенное дыхание, тошнота и рвота. Согласно вариантам осуществления симптомами инфекционного заболевания являются лихорадка, диарея, усталость, мышечные боли, учащенный пульс, учащенное дыхание, тошнота, рвота и/или кашель.In accordance with the present invention, a patient exhibiting symptoms of an infectious disease is a subject who experiences, without limitation, one or more of fever, diarrhea, fatigue, muscle pain, cough, animal bite, difficulty breathing, severe headache with fever, rash or swelling, unexplained or prolonged fever, or vision problems. Other symptoms may include fever and chills, very low body temperature, oliguria, rapid pulse, rapid breathing, nausea and vomiting. In embodiments, symptoms of an infectious disease include fever, diarrhea, fatigue, muscle pain, rapid pulse, rapid breathing, nausea, vomiting, and/or cough.
Используемый в настоящем документе термин образец означает биологический образец, полученный или выделенный у пациента или субъекта. Термин образец, используемый в настоящем документе, может, например, относиться к образцу физиологической жидкости, образцу гомогенизированной ткани, образцу крови, образцу сыворотки крови, образцу плазмы, образцу мочи, суставному аспирату, образцу синовиальной жидкости, образцу асцита, образцу перитонеальной жидкости, образцу плевральной жидкости, образцу перикардиальной жидкости и/или образцу спинномозговой жидкости. Образец предпочтительно выделяют или получают с целью диагностики, прогнозирования или оценивания представляющего интерес субъекта, такого как пациент. Образец в соответствии с настоящим изобретением может быть образцом физиологической жидкости, такой как кровь, сыворотка крови, плазма, спинномозговая жидкость, моча, слюна, мокрота, плевральный выпот, клетки, клеточный экстракт, образец ткани, биоптат ткани, образец стула и т.п. В частности, образец представляет собой кровь, плазму крови, сыворотку крови или мочу.As used herein, the term sample means a biological sample obtained or isolated from a patient or subject. The term sample as used herein may, for example, refer to a body fluid sample, a homogenized tissue sample, a blood sample, a serum sample, a plasma sample, a urine sample, a joint aspirate, a synovial fluid sample, an ascites sample, a peritoneal fluid sample, a pleural fluid, pericardial fluid sample and/or cerebrospinal fluid sample. The sample is preferably isolated or obtained for the purpose of diagnosis, prognosis or evaluation of a subject of interest, such as a patient. The sample in accordance with the present invention may be a sample of a physiological fluid such as blood, serum, plasma, cerebrospinal fluid, urine, saliva, sputum, pleural effusion, cells, cell extract, tissue sample, tissue biopsy, stool sample, and the like. . Specifically, the sample is blood, blood plasma, blood serum, or urine.
Используемый в настоящем документе образец крови представляет собой образец цельной крови, который не обрабатывается с целью изменения состава. В частности, образец крови содержит клетки крови. Образцы сыворотки крови и плазмы получают из крови. Термин плазма в контексте настоящего изобретения представляет собой практически бесклеточную надосадочную жидкость крови, содержащую антикоагулянт, полученную после центрифугирования. Иллюстративные антикоагулянты включают соединения, связывающие ионы кальция, такие как этилендиаминтетрауксусная кислота ЭДТК или цитрат, и ингибиторы тромбина, такие как гепаринаты или гирудин. Бесклеточную плазму можно получить центрифугированием антикоагулированной крови (например, обработанной цитратом, ЭДТК или гепаринизированной крови), например, в течение по меньшей мере 15 минут при 2000-3000 д. Термин сыворотка крови в контексте настоящего изобретения представляет собой жидкую фракцию цельной крови, которую собирают после того, как обеспечивают крови возможность свернуться. При центрифугировании коагулированной крови (свернувшейся крови) сыворотка крови может быть получена в виде надосадочной жидкости.The blood sample used herein is a whole blood sample that is not processed to alter its composition. Specifically, a blood sample contains blood cells. Serum and plasma samples are obtained from blood. The term plasma in the context of the present invention is a substantially cell-free supernatant of blood containing an anticoagulant obtained after centrifugation. Exemplary anticoagulants include calcium ion binders such as ethylenediaminetetraacetic acid EDTA or citrate, and thrombin inhibitors such as heparinates or hirudin. Cell-free plasma can be obtained by centrifuging anticoagulated blood (eg, citrate-treated, EDTA-treated or heparinized blood), for example, for at least 15 minutes at 2000-3000 g. The term blood serum in the context of the present invention is the liquid fraction of whole blood that is collected after providing the blood with the opportunity to clot. When coagulated blood (clotted blood) is centrifuged, serum can be obtained as a supernatant.
Образцы спинномозговой жидкости (СМЖ) собирают путем пункции полостей тела, заполненных СМЖ, также называемой ликвором. СМЖ в основном собирают при люмбальной пункции центрального канала спинного мозга. Спинномозговая жидкость (СМЖ) представляет собой прозрачную бесцветную жидкость организма, находящуюся в головном мозге и спинном мозге. Она продуцируется специализированными эпендимными клетками сосудистых сплетений желудочков головного мозга и абсорбируется арахноидальными грануляциями. Одновременно содержится приблизительно 125 мл СМЖ, а у взрослых людей ежедневно вырабатывается приблизительно 500 мл. СМЖ действует как подушка или буфер, обеспечивая базовую механическую и иммунологическую защиту головного мозга внутри черепа. СМЖ также выполняет жизненно важную функцию в церебральной ауторегуляции церебрального кровотока. СМЖ занимает субарахноидальное пространство (между арахноидальной оболочкой и мягкой мозговой оболочкой) и желудочковую систему вокруг и внутри головного мозга и спинного мозга. Она заполняет желудочки головного мозга, цистерны и борозды, а также центральный канал спинного мозга. Существует также соединение субарахноидального пространства с костным лабиринтом внутреннего уха через перилимфатический проток, где перилимфа сообщается со спинномозговой жидкостью. Эпендимные клетки сосудистых сплетений имеют несколько подвижных ресничек на их апикальных поверхностях, которые колеблются, чтобы перемещать СМЖ через желудочки. Образец СМЖ можно забирать с помощью люмбальной пункции. Это может выявить внутричерепное давление, а также указать на заболевания, включая инфекции головного мозга или окружающих его мозговых оболочек.Cerebrospinal fluid (CSF) samples are collected by puncturing body cavities filled with CSF, also called cerebrospinal fluid. CSF is primarily collected during lumbar puncture of the central canal of the spinal cord. Cerebrospinal fluid (CSF) is a clear, colorless body fluid found in the brain and spinal cord. It is produced by specialized ependymal cells of the choroid plexuses of the ventricles of the brain and is absorbed by arachnoid granulations. At one time, approximately 125 ml of CSF is contained, and in adults approximately 500 ml are produced daily. CSF acts as a cushion or buffer, providing basic mechanical and immunological protection to the brain within the skull. CSF also has a vital function in cerebral autoregulation of cerebral blood flow. CSF occupies the subarachnoid space (between the arachnoid membrane and the pia mater) and the ventricular system around and within the brain and spinal cord. It fills the ventricles of the brain, cisterns and grooves, as well as the central canal of the spinal cord. There is also a connection between the subarachnoid space and the bony labyrinth of the inner ear through the perilymphatic duct, where the perilymph communicates with the cerebrospinal fluid. The ependymal cells of the choroid plexus have several motile cilia on their apical surfaces that vibrate to move CSF through the ventricles. A CSF sample can be collected using a lumbar puncture. This can reveal intracranial pressure and also indicate diseases, including infections of the brain or surrounding meninges.
Образцы синовиальной жидкости особенно предпочтительны в контексте настоящего изобретения для диагностики инфекций суставов, в частности, в случае инфекций протезных суставов. Синовиальная жидкость, также называемая синовия, представляет собой вязкую неньютоновскую жидкость, обнаружиSynovial fluid samples are particularly preferred in the context of the present invention for the diagnosis of joint infections, in particular in the case of infections of prosthetic joints. Synovial fluid, also called synovium, is a viscous non-Newtonian fluid found
- 13 046276 ваемую в полостях синовиальных суставов. Основная роль синовиальной жидкости заключается в уменьшении трения между суставными хрящами синовиальных суставов во время движения. Синовиальная жидкость представляет собой небольшой компонент трансцеллюлярной жидкости, входящей в состав внеклеточной жидкости. Внутренняя оболочка синовиальных суставов называется синовиальной оболочкой и выделяет синовиальную жидкость в полость сустава. Синовиальная жидкость представляет собой ультрафильтрат из плазмы и содержит полученные из плазмы крови белки и белки, которые продуцируются клетками в тканях суставов. Жидкость содержит гиалуронан, секретируемый фибробластоподобными клетками синовиальной оболочки, лубрицин (протеогликан 4; PRG4 (от англ. - proteoglycan 4)), секретируемый поверхностными хондроцитами суставного хряща, и интерстициальную жидкость, отфильтрованную из плазмы крови. Жидкость образует тонкий слой (примерно 50 мкм) на поверхности хряща, а также просачивается в микрополости и неровности на поверхности суставного хряща, заполняя все пустое пространство. Жидкость суставного хряща эффективно служит резервом синовиальной жидкости. Во время движения синовиальная жидкость, удерживаемая в хряще, механически выдавливается, чтобы поддерживать слой жидкости на поверхности хряща (так называемая просачивающаяся смазка). Функции синовиальной жидкости включают, в частности, уменьшение трения в суставе, амортизацию, транспортировку питательных веществ и отходов. Синовиальная ткань стерильна и состоит из васкуляризированной соединительной ткани, у которой отсутствует базальная мембрана. Синовиальную жидкость можно собрать шприцем в ходе процедуры, называемой артроцентезом, также известной как суставная аспирация.- 13 046276 sculpted in the cavities of synovial joints. The main role of synovial fluid is to reduce friction between the articular cartilages of synovial joints during movement. Synovial fluid is a small component of the transcellular fluid that is part of the extracellular fluid. The inner lining of synovial joints is called synovium and secretes synovial fluid into the joint cavity. Synovial fluid is an ultrafiltrate of plasma and contains plasma-derived proteins and proteins that are produced by cells in joint tissue. The fluid contains hyaluronan, secreted by fibroblast-like cells of the synovium, lubricin (proteoglycan 4; PRG4 (from English - proteoglycan 4)), secreted by superficial chondrocytes of articular cartilage, and interstitial fluid filtered from blood plasma. The fluid forms a thin layer (approximately 50 microns) on the surface of the cartilage and also seeps into microcavities and irregularities on the surface of the articular cartilage, filling all empty spaces. Articular cartilage fluid effectively serves as a reserve of synovial fluid. During movement, the synovial fluid held in the cartilage is mechanically squeezed out to maintain a layer of fluid on the surface of the cartilage (called leakage lubrication). The functions of synovial fluid include reducing joint friction, shock absorption, and transporting nutrients and waste, among others. Synovial tissue is sterile and consists of vascularized connective tissue that lacks a basement membrane. Synovial fluid can be collected with a syringe in a procedure called arthrocentesis, also known as joint aspiration.
Синовиальная жидкость может быть классифицирована на нормальную, невоспалительную, воспалительную, септическую и геморрагическую, при этом оцениваемые параметры могут включать вязкость, прозрачность, цвет и количество лейкоцитов. Такие параметры можно оценивать в дополнение к уровню D-лактата в контексте определенных вариантов осуществления настоящего изобретения.Synovial fluid can be classified as normal, noninflammatory, inflammatory, septic, and hemorrhagic, and parameters assessed may include viscosity, clarity, color, and white blood cell count. Such parameters may be assessed in addition to D-lactate levels in the context of certain embodiments of the present invention.
Выражение определение уровня D-лактата относится к количественному измерению или обнаружению D-лактата. Уровень D-лактата можно определять с использованием различных измеряемых параметров, таких как напряжение или ток, которые соответствуют определенной концентрации D-лактата в контексте электрохимического измерения. При спектрофотометрических измерениях можно определить светопоглощение химического вещества, чтобы определить количество соответствующего вещества.The expression D-lactate level determination refers to the quantitative measurement or detection of D-lactate. The D-lactate level can be determined using various measured parameters, such as voltage or current, which correspond to a specific D-lactate concentration in the context of an electrochemical measurement. In spectrophotometric measurements, the light absorption of a chemical can be determined to determine the amount of the corresponding substance.
Лактаты представляют собой соли и сложные эфиры молочной кислоты. Молочная кислота встречается в двух энантиомерных формах, поэтому существуют также две соответствующие формы ее аниона лактата, которые обычно называют D- и L-формами в соответствии с их ориентацией в проекции Фишера. Молочная кислота представляет собой сильную карбоновую кислоту, которая в высокой степени диссоциируется в физиологических условиях. Анион имеет структурную формулу CH3-CHOH-COO- и называется лактатом. Лактат, образующийся в организме человека, присутствует исключительно в L(+)форме с вращением по часовой стрелке.Lactates are salts and esters of lactic acid. Lactic acid occurs in two enantiomeric forms, so there are also two corresponding forms of its lactate anion, which are usually called the D and L forms according to their orientation in the Fischer projection. Lactic acid is a strong carboxylic acid that is highly dissociated under physiological conditions. The anion has the structural formula CH3-CHOH-COO- and is called lactate. Lactate produced in the human body is present exclusively in the L(+) form with clockwise rotation.
Сложные эфиры молочной кислоты (CH3-CHOH-COOR) также называют лактатами. Этиллактат (сложный этиловый эфир молочной кислоты) является наиболее важным представителем этих сложных эфиров и используется, среди прочего, в качестве растворителя. Другим представителем является бутиллактат (сложный бутиловый эфир молочной кислоты).Lactic acid esters (CH3-CHOH-COOR) are also called lactates. Ethyl lactate (lactic acid ethyl ester) is the most important representative of these esters and is used, among other things, as a solvent. Another representative is butyl lactate (butyl ester of lactic acid).
Самым распространенным лактатом, находящимся в организме человека, является лактат натрия. В основном он продуцируется в скелетных мышцах. Когда глюкоза или гликоген расщепляется до пирувата при гликолизе, кофермент НАД+ восстанавливается до НАДН/И+. Чтобы гликолиз происходил, он должен присутствовать в окисленной форме, такой как НАД+. Только тогда он может действовать как акцептор электронов при окислении глицеральдегид-3-фосфата до 1,3-бисфосфоглицерата глицеральдегид-3-фосфатдегидрогеназой. Поскольку в мышечных волокнах, бедных митохондриями, не весь НАДН/И+ может так быстро окисляться при увеличении нагрузки, организм помогает себе сам, восстанавливая пируват до лактата. В процессе НАДН/И+ повторно окисляется до НАД+. Восстановление глюкозы до лактата также известно как гомоферментативная ферментация молочной кислоты. В медицине L-лактат используют в качестве маркера ишемии, поскольку он образуется в ткани при недостатке кислорода.The most common lactate found in the human body is sodium lactate. It is mainly produced in skeletal muscles. When glucose or glycogen is broken down into pyruvate by glycolysis, the coenzyme NAD+ is reduced to NADH/I+. For glycolysis to occur, it must be present in an oxidized form, such as NAD+. Only then can it act as an electron acceptor in the oxidation of glyceraldehyde-3-phosphate to 1,3-bisphosphoglycerate by glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase. Since in muscle fibers poor in mitochondria, not all NADH/I+ can be oxidized so quickly with increasing load, the body helps itself by reducing pyruvate to lactate. In the process, NADH/I+ is re-oxidized to NAD+. The reduction of glucose to lactate is also known as homofermentative lactic acid fermentation. In medicine, L-lactate is used as a marker of ischemia, since it is formed in tissue when there is a lack of oxygen.
Микроорганизмы также продуцируют лактат во время ферментации молочной кислоты. В отличие от людей, они также могут образовывать D-изомер с помощью D-лактатдегидрогеназы.Microorganisms also produce lactate during lactic acid fermentation. Unlike humans, they can also form the D-isomer using D-lactate dehydrogenase.
Лактатдегидрогеназа (LDH или LD (от англ. - lactate dehydrogenase)) представляет собой фермент, находящийся почти во всех живых клетках. LDH катализирует превращение лактата в пируват и обратно, поскольку он превращает НАД+ в НАДН и обратно. Дегидрогеназа представляет собой фермент, который переносит гидрид от одной молекулы к другой.Lactate dehydrogenase (LDH or LD (from English - lactate dehydrogenase)) is an enzyme found in almost all living cells. LDH catalyzes the conversion of lactate to pyruvate and vice versa as it converts NAD+ to NADH and vice versa. Dehydrogenase is an enzyme that transfers hydride from one molecule to another.
D-лактатдегидрогеназа (дегидрогеназа D-молочной кислоты, D-LDH, D-специфическая лактатдегидрогеназа, D-(-)-лактатдегидрогеназа (НАД+), D-дегидрогеназа молочной кислоты, Dлактатдегидрогеназа) представляет собой фермент с систематическим названием ^)-лактат: НАД+оксидоредуктаза. Этот фермент катализирует следующую химическую реакцию: (R)лактат+НАД+ #пируват+НАДН. D-LDH представляет собой предпочтительную связывающую D-лактат молекулу в соответствии с настоящим изобретением. Предпочтительной D-LDH является D-LDH StaphyD-lactate dehydrogenase (D-lactic acid dehydrogenase, D-LDH, D-specific lactate dehydrogenase, D-(-)-lactate dehydrogenase (NAD+), D-lactic acid dehydrogenase, D-lactate dehydrogenase) is an enzyme with the systematic name ^)-lactate: NAD+oxidoreductase. This enzyme catalyzes the following chemical reaction: (R)lactate + NAD + #pyruvate + NADH. D-LDH is a preferred D-lactate binding molecule in accordance with the present invention. The preferred D-LDH is D-LDH Staphy
- 14 046276 lococcus epidermidis.- 14 046276 lococcus epidermidis.
В контексте настоящего изобретения связывающая D-лактат молекула представляет собой молекулу любого типа, которая специфически связывается с D-лактатом, но не с L-лактатом или другими молекулами, структурно родственными D-лактату. Согласно предпочтительным вариантам осуществления связывающая D-лактат молекула представляет собой фермент, который связывается с D-лактатом, чтобы катализировать реакцию, которая включает D-лактат в качестве субстрата. Наиболее предпочтительно связывающая D-лактат молекула представляет собой D-LDH.In the context of the present invention, a D-lactate binding molecule is any type of molecule that specifically binds to D-lactate, but not to L-lactate or other molecules structurally related to D-lactate. In preferred embodiments, the D-lactate binding molecule is an enzyme that binds to D-lactate to catalyze a reaction that involves D-lactate as a substrate. Most preferably, the D-lactate binding molecule is D-LDH.
Дополнительные связывающие D-лактат молекулы, подлежащие использованию в контексте настоящего изобретения, включают без ограничения D-LDH, такую как D-LDH микробного происхождения, например, D-LDH из Staphylococcus epidermidis; D-лактатоксидазу, такую как D-лактатоксидазу микробного происхождения, например, D-лактатоксидазу из Gluconobacter или Zymomonas mobilis.Additional D-lactate binding molecules useful in the context of the present invention include, but are not limited to, D-LDH, such as D-LDH of microbial origin, for example, D-LDH from Staphylococcus epidermidis; D-lactate oxidase, such as D-lactate oxidase of microbial origin, for example D-lactate oxidase from Gluconobacter or Zymomonas mobilis.
В контексте способа в соответствии с настоящим изобретением определенный уровень D-лактата может указывать на наличие инфекционного заболевания. С его помощью можно сравнивать определенный уровень с соответствующим контролем, таким как контрольный образец или множественный образец из контрольной группы, такой как здоровые индивидуумы, или с эталонным значением, таким как пороговое значение или значение отсечки, при этом концентрация, превышающая таковую в контрольном образце, или равная эталонному значению, или превышающая эталонное значение, может указывать на инфекционное заболевание или обеспечивать прогностическое значение в отношении прогрессирования инфекционного заболевания.In the context of the method according to the present invention, a certain level of D-lactate may indicate the presence of an infectious disease. It can be used to compare a given level with an appropriate control, such as a control sample or a multiple sample from a control group such as healthy individuals, or with a reference value, such as a threshold value or cut-off value, with a concentration greater than that of the control sample. or equal to or greater than a reference value may indicate an infectious disease or provide prognostic value regarding the progression of an infectious disease.
В случае определения PJI контрольной группой могут служить пациенты с протезными суставами, не страдающие PJI. На основании сравнения определенных уровней D-лактата в образце индивидуума, страдающего соответствующим представляющим интерес инфекционным заболеванием, и уровней, определенных для соответствующей контрольной группы, можно получить подходящие эталонные значения, такие как значение отсечки или пороговое значение, при этом уровни, равные уровням D-лактата или превышающие уровни D-лактата, указывают на наличие соответствующего инфекционного заболевания.If PJI is determined, the control group can be patients with prosthetic joints who do not suffer from PJI. Based on a comparison of the determined levels of D-lactate in a sample of an individual suffering from the corresponding infectious disease of interest and the levels determined for the corresponding control group, suitable reference values, such as a cut-off value or threshold value, can be obtained, with levels equal to those of D-lactate. lactate or levels exceeding D-lactate indicate the presence of a corresponding infectious disease.
В контексте настоящего изобретения можно использовать контрольные значения/образец или стандарты, которые обеспечивают образцы с D-лактатом или представляют его контрольные количества, уже полученные из предыдущих аналитических тестов. Можно использовать контрольные значения, полученные в результате тестирования когорт или других больших количеств субъектов, страдающих какимлибо данным инфекционным заболеванием, или контрольной группы. Соответствующие статистические средства для анализа и сравнения таких наборов данных известны специалистам в данной области. Контрольные образцы для положительных контролей (например, от больных) или отрицательных контролей (от здоровых субъектов) могут быть использованы для эталонных значений при одновременном или неодновременном сравнении.In the context of the present invention, it is possible to use control values/sample or standards that provide samples with D-lactate or represent its control amounts already obtained from previous analytical tests. Reference values obtained from testing cohorts or other large numbers of subjects suffering from a given infectious disease or control group may be used. Appropriate statistical tools for analyzing and comparing such data sets are known to those skilled in the art. Control samples for positive controls (eg, from patients) or negative controls (from healthy subjects) can be used for reference values in simultaneous or non-simultaneous comparisons.
Используемый в настоящем документе термин электрохимическая сенсорная система, которую также можно называть биосенсором, относится к аналитическому устройству, используемому для обнаружения вещества/аналита, в данном случае D-лактата, которое объединяет биологический компонент с электрохимическим детектором. Сенсор содержит чувствительный биологический элемент, например, ткань, микроорганизмы, органеллы, молекулу, клеточные рецепторы, ферменты, антитела, нуклеиновые кислоты и т.д., который представляет собой биологически полученный материал или биомиметический компонент, который взаимодействует с представляющим интерес химическим аналитом, связывается с ним или распознает его. Биологически чувствительные элементы также могут быть созданы с помощью биологической инженерии.As used herein, the term electrochemical sensing system, which may also be referred to as a biosensor, refers to an analytical device used to detect a substance/analyte, in this case D-lactate, that combines a biological component with an electrochemical detector. The sensor contains a sensitive biological element, for example, tissue, microorganisms, organelles, molecule, cellular receptors, enzymes, antibodies, nucleic acids, etc., which is a biologically derived material or biomimetic component that interacts with the chemical analyte of interest, binds with it or recognizes it. Biologically responsive elements can also be created through biological engineering.
Биосенсор дополнительно содержит преобразователь или детекторный элемент, который преобразует сигнал в электрохимический сигнал в результате взаимодействия аналита с биологическим элементом. На основе этого преобразования сигнала можно легко измерить и количественно определить уровни аналита в образце.The biosensor further contains a transducer or detector element that converts the signal into an electrochemical signal resulting from the interaction of the analyte with the biological element. Based on this signal conversion, analyte levels in the sample can be easily measured and quantified.
Электрохимическая система может содержать или может быть подключена к устройству считывания биосенсора, которое имеет связанные с ним электронные устройства или процессоры сигналов для соединения с трансформатором. Такие устройства считывания предпочтительно отвечают за отображение результатов в удобном для пользователя виде.The electrochemical system may contain or be connected to a biosensor reader that has associated electronics or signal processors for connection to a transformer. Such readers are preferably responsible for displaying the results in a user-friendly manner.
Биосенсор в соответствии с настоящим изобретением может содержать участок биораспознавания, компонент биопреобразователя и предпочтительно электронную систему, которая включает один или несколько из усилителя сигнала, процессора и дисплея. Компонент распознавания, часто называемый биорецептором, использует биомолекулы из организмов или рецепторы, смоделированные по биологическим системам, для взаимодействия с представляющим интерес аналитом. Это взаимодействие измеряется биопреобразователем, который выдает измеряемый сигнал, пропорциональный присутствию целевого аналита в образце. Общая цель конструкции биосенсора состоит в обеспечении быстрого и удобного тестирования в месте оказания медицинской помощи (POC (от англ. - point of concern or care)), где был взят образец.A biosensor in accordance with the present invention may comprise a biosensing section, a biotransducer component, and preferably an electronic system that includes one or more of a signal amplifier, a processor, and a display. The recognition component, often called a bioreceptor, uses biomolecules from organisms or receptors modeled after biological systems to interact with the analyte of interest. This interaction is measured by a biotransducer, which produces a measurable signal proportional to the presence of the target analyte in the sample. The overall goal of the biosensor design is to provide rapid and convenient testing at the point of concern or care (POC) where the sample was collected.
Биорецептор предназначен для взаимодействия с конкретным представляющим интерес аналитомThe bioreceptor is designed to interact with a specific analyte of interest
- 15 046276 для получения измеряемого преобразователем эффекта. Высокая селективность в отношении аналита среди матрицы других химических или биологических компонентов является ключевым требованием к биорецептору. Хотя тип используемой биомолекулы может широко варьировать, биосенсоры можно классифицировать в соответствии с общими типами взаимодействий биорецепторов, включая антитело/антиген, ферменты/лиганды, нуклеиновые кислоты/дезоксирибонуклеиновая кислота ДНК, клеточные структуры/клетки или биомиметические материалы. В контексте настоящего изобретения биорецептор представляет собой связывающие D-LDH молекулы, такие как предпочтительно D-LDH. Соответственно, биосенсор/электрохимическая сенсорная система в соответствии с настоящим изобретением предпочтительно предусматривает взаимодействие фермент/лиганд.- 15 046276 to obtain the effect measured by the transducer. High selectivity for the analyte among a matrix of other chemical or biological components is a key requirement for a bioreceptor. Although the type of biomolecule used can vary widely, biosensors can be classified according to general types of bioreceptor interactions, including antibody/antigen, enzymes/ligands, nucleic acids/deoxyribonucleic acid DNA, cellular structures/cells, or biomimetic materials. In the context of the present invention, the bioreceptor is D-LDH binding molecules, such as preferably D-LDH. Accordingly, the biosensor/electrochemical sensor system in accordance with the present invention preferably involves an enzyme/ligand interaction.
Способности к специфическому связыванию и каталитическая активность ферментов делают их популярными биорецепторами, которые обладают преимуществом по нескольким причинам, включающим пригодность для нескольких разных способов трансдукции при обнаружении аналита. Следует отметить, что, поскольку ферменты не расходуются в реакциях, биосенсор можно легко использовать непрерывно. Каталитическая активность ферментов также обеспечивает более низкие пределы обнаружения по сравнению с обычными методиками связывания.The specific binding abilities and catalytic activity of enzymes make them popular bioreceptors that are advantageous for several reasons, including suitability for several different transduction modes in analyte detection. It should be noted that since enzymes are not consumed in the reactions, the biosensor can be easily used continuously. The catalytic activity of the enzymes also provides lower detection limits compared to conventional coupling techniques.
Предпочтительно, в контексте биосенсора/электрохимической сенсорной системы биологические элементы, в данном случае связывающая D-лактат молекула, такая как D-LDH, присоединяется к поверхности сенсора, который может быть металлом, полимером или стеклом, например. Самый простой способ заключается в функционализировании поверхности, чтобы покрыть ее биологическими элементами. Это можно сделать с помощью полилизина, аминосилана, эпоксисилана или нитроцеллюлозы в случае кремниевых чипов/кварцевого стекла. Впоследствии связанный биологический агент может быть, например, зафиксирован послойным осаждением противоположно заряженных полимерных покрытий. В качестве альтернативы, можно использовать трехмерные решетки (гидрогель/ксерогель) для химического или физического захвата их (при этом под химическим захватом подразумевается, что биологический элемент удерживается на месте прочной связью, при этом физически он удерживается на месте, не имея возможности проходить через поры гелевой матрицы). Наиболее широко используемым гидрогелем является золь-гель, стеклообразный диоксид кремния, образованный полимеризацией силикатных мономеров (добавленных в виде тетраалкилортосиликатов, таких как TMOS (от англ. - tetramethoxysilane - тетраметоксисилан) или TEOS (от англ. - tetraethoxysilane - тетраэтоксисилан)) в присутствии биологических элементов (наряду с другими стабилизирующими полимерами, такими как полиэтиленгликоль ПЭГ) в случае физического захвата. Другую группу гидрогелей, которые затвердевают в условиях, подходящих для клеток или белка, составляет акрилатный гидрогель, который полимеризуется при инициировании радикалами. Одним из типов инициатора радикальной полимеризации является пероксидный радикал, обычно образующийся путем объединения персульфата с TEMED (от англ. - tetramethylethylenediamine - тетраметилэтилендиамин) (полиакриламидный гель также обычно используют для электрофореза белков); в качестве альтернативы можно использовать свет в сочетании с фотоинициатором, таким как ДМФА (2,2-диметокси-2-фенилацетофенон).Preferably, in the context of a biosensor/electrochemical sensor system, biological elements, in this case a D-lactate binding molecule such as D-LDH, are attached to the surface of the sensor, which may be metal, polymer or glass, for example. The simplest method is to functionalize the surface to coat it with biological elements. This can be done using polylysine, aminosilane, epoxysilane or nitrocellulose in the case of silicon chips/quartz glass. Subsequently, the bound biological agent can, for example, be fixed by layer-by-layer deposition of oppositely charged polymer coatings. Alternatively, three-dimensional lattices (hydrogel/xerogel) can be used to chemically or physically capture them (chemical capture means that the biological element is held in place by a strong bond, while physically holding it in place without being able to pass through the pores gel matrix). The most widely used hydrogel is sol-gel, a glassy silica formed by the polymerization of silicate monomers (added as tetraalkyl orthosilicates such as TMOS (tetramethoxysilane) or TEOS (tetraethoxysilane)) in the presence of biological elements (along with other stabilizing polymers such as polyethylene glycol PEG) in the event of physical entrapment. Another group of hydrogels that harden under conditions suitable for cells or protein are acrylate hydrogels, which polymerize when initiated by radicals. One type of radical polymerization initiator is the peroxide radical, usually formed by combining persulfate with TEMED (tetramethylethylenediamine) (polyacrylamide gel is also commonly used for protein electrophoresis); alternatively, light can be used in combination with a photoinitiator such as DMF (2,2-dimethoxy-2-phenylacetophenone).
Электрохимические биосенсоры обычно основаны на ферментативном катализе реакции, которая продуцирует или потребляет электроны (такие ферменты справедливо называются окислительновосстановительными ферментами). Подложка сенсора обычно содержит три электрода: электрод сравнения, рабочий/электрод определения и противоэлектрод. Целевой аналит участвует в реакции, которая происходит на активной поверхности электрода, и реакция может либо вызвать перенос электронов через двойной слой (создавая ток), либо способствовать потенциалу двойного слоя (создавая напряжение).Electrochemical biosensors are usually based on enzymatic catalysis of a reaction that produces or consumes electrons (such enzymes are appropriately called redox enzymes). The sensor substrate typically contains three electrodes: a reference electrode, a working/sensing electrode, and a counter electrode. The target analyte participates in a reaction that occurs at the active surface of the electrode, and the reaction can either cause electron transfer through the bilayer (producing a current) or contribute to the potential of the bilayer (producing a voltage).
Соответственно, можно либо измерить ток (скорость потока электронов теперь пропорциональна концентрации аналита) при фиксированном потенциале, либо можно измерить потенциал при нулевом токе (это дает логарифмический отклик). Следует отметить, что потенциал рабочего/детектирующего/активного электрода чувствителен к пространственному заряду, и это часто используется.Accordingly, one can either measure the current (the rate of electron flow is now proportional to the analyte concentration) at a fixed potential, or one can measure the potential at zero current (this gives a logarithmic response). It should be noted that the working/detection/active electrode potential is space charge sensitive and this is often used.
Потенциометрический биосенсор (потенциал, создаваемый при нулевом токе) дает логарифмический отклик с высоким динамическим диапазоном. Такие биосенсоры часто изготавливают путем трафаретной печати рисунков электродов на пластиковой подложке, покрытой проводящим полимером, а затем прикрепляют фермент/биосенсор. У них всего два электрода, и они чрезвычайно чувствительны и надежны. Они позволяют обнаруживать аналиты на уровнях, ранее достижимых только с помощью высокоэффективной жидкостной хроматографии ВЭЖХ и жидкостной хроматографии/масс-спектрометрии ЖХ/МС и без тщательной подготовки образцов.The potentiometric biosensor (potential generated at zero current) gives a logarithmic response with a high dynamic range. Such biosensors are often made by screen printing electrode patterns onto a plastic substrate coated with a conductive polymer and then attaching the enzyme/biosensor. They have only two electrodes and are extremely sensitive and reliable. They enable detection of analytes at levels previously only achievable by HPLC and LC/MS and without extensive sample preparation.
Все биосенсоры обычно предусматривают минимальную подготовку образца, так как биологический чувствительный компонент высокоселективен в отношении рассматриваемого аналита. Сигнал создается электрохимическими и физическими изменениями в слое проводящего полимера из-за изменений, происходящих на поверхности сенсора. Такие изменения могут быть связаны с ионной силой, pH, гидратацией и окислительно-восстановительными реакциями, последние из-за того, что ферментная метка переключает субстрат. Полевые транзисторы, в которых область затвора была модифицирована ферментом/биосенсором, также могут обнаруживать очень низкие концентрации различных аналитов, поскольку связывание аналита с областью затвора FET (от англ. - field effect transistor - полевой транзистор) выAll biosensors typically require minimal sample preparation because the biological sensing component is highly selective for the analyte in question. The signal is created by electrochemical and physical changes in the conductive polymer layer due to changes occurring on the surface of the sensor. Such changes may be related to ionic strength, pH, hydration and redox reactions, the latter due to the enzyme tag switching the substrate. Field effect transistors in which the gate region has been modified with an enzyme/biosensor can also detect very low concentrations of various analytes, since the binding of the analyte to the FET (field effect transistor) gate region
- 16 046276 зывает изменение тока от стока к истоку.- 16 046276 refers to the change in current from drain to source.
Электрохимические биосенсоры в соответствии с настоящим изобретением используют для in vitro измерений D-лактата в образце. Измерение биосенсором может происходить в тестовой пробирке, культуральной чашке, микротитровальном планшете или в другом месте за пределами живого организма. В сенсоре используется биорецептор и преобразователь, раскрываемые выше. Предпочтительным является то, что настоящее изобретение может быть использовано в качестве теста в месте оказания медицинской помощи (POCT (от англ. - point-of-care test))), т.е. в том месте, где требуется тест. Соответственно, предпочтительно, чтобы биосенсор в соответствии с настоящим изобретением был переносным или портативным, предпочтительно переносным биосенсором. Устранение необходимости лабораторного тестирования может сэкономить время и деньги. Биосенсор POCT можно отправить прямо на место и можно использовать быстрый и простой тест.Electrochemical biosensors in accordance with the present invention are used for in vitro measurements of D-lactate in a sample. The biosensor measurement can take place in a test tube, culture dish, microtiter plate, or other location outside of a living organism. The sensor uses a bioreceptor and transducer as disclosed above. Preferably, the present invention can be used as a point-of-care test (POCT), i.e. at the location where the test is required. Accordingly, it is preferable that the biosensor in accordance with the present invention is portable or portable, preferably a wearable biosensor. Eliminating the need for laboratory testing can save time and money. The POCT biosensor can be sent directly to the site and a quick and simple test can be used.
Способы электрохимического определения в соответствии с настоящим изобретением включают методики аналитической химии, которые исследуют аналит путем измерения потенциала (вольт) и/или тока (амперов), предпочтительно в электрохимической ячейке, содержащей аналит. Эти способы можно разбить на несколько категорий в зависимости от того, какие аспекты ячейки контролируются, а какие измеряются. К трем основным категориям относятся потенциометрия (измеряется разность электродных потенциалов), кулонометрия (измеряется ток ячейки во времени) и амперометрия, в том числе вольтамперометрия (измеряется ток ячейки при активном изменении потенциала ячейки).Electrochemical detection methods in accordance with the present invention include analytical chemistry techniques that examine an analyte by measuring potential (volts) and/or current (amps), preferably in an electrochemical cell containing the analyte. These methods can be broken down into several categories depending on which aspects of the cell are monitored and which are measured. The three main categories are potentiometry (measuring the difference in electrode potential), coulometry (measuring cell current over time), and amperometry, including voltammetry (measuring cell current while the cell potential is actively changing).
Потенциометрия пассивно измеряет потенциал раствора между двумя электродами, в очень незначительной степени влияя на раствор в процессе. Один электрод называется электродом сравнения и имеет постоянный потенциал, тогда как другой является электродом определения или рабочим электродом, потенциал которого изменяется в зависимости от состава образца. Следовательно, разность потенциалов между двумя электродами дает оценку состава образца. Фактически, поскольку потенциометрическое измерение является неразрушающим измерением, при условии, что электрод находится в равновесии с раствором, измеряется потенциал раствора. В потенциометрии обычно используются электроды определения, выполненные селективно чувствительными к представляющему интерес иону, например, к фториду в селективных в отношении фторида электродах, так что потенциал зависит исключительно от активности этого представляющего интерес иона. Время, необходимое электроду для установления равновесия с раствором, будет влиять на чувствительность или точность измерения. В водных средах часто используют платину из-за ее высоких кинетических показателей переноса электронов, хотя можно использовать электрод, сделанный из нескольких металлов, для улучшения кинетических показателей переноса электронов. Самым распространенным потенциометрическим электродом на сегодняшний день является электрод со стеклянной мембраной, используемый в pH-метре. Одним из вариантов потенциометрии является хронопотенциометрия, которая заключается в использовании постоянного тока и измерении потенциала как функции времени.Potentiometry passively measures the potential of a solution between two electrodes, influencing the solution to a very small extent in the process. One electrode is called the reference electrode and has a constant potential, while the other is the determination electrode or working electrode, the potential of which varies depending on the composition of the sample. Therefore, the potential difference between the two electrodes provides an estimate of the composition of the sample. In fact, since potentiometric measurement is a non-destructive measurement, provided that the electrode is in equilibrium with the solution, the potential of the solution is measured. Potentiometry typically uses detection electrodes made selectively sensitive to the ion of interest, such as fluoride in fluoride-selective electrodes, such that the potential depends solely on the activity of that ion of interest. The time it takes for the electrode to equilibrate with the solution will affect the sensitivity or accuracy of the measurement. Platinum is often used in aqueous environments due to its high electron transfer kinetics, although an electrode made of multiple metals can be used to improve electron transfer kinetics. The most common potentiometric electrode today is the glass membrane electrode used in a pH meter. One variant of potentiometry is chronopotentiometry, which involves using direct current and measuring potential as a function of time.
Потенциометрический сенсор представляет собой тип химического сенсора, который может быть использован для определения аналитической концентрации аналита, содержащегося в образце. Эти сенсоры измеряют электрический потенциал электрода при отсутствии тока. Сигнал измеряется как разность потенциалов (напряжение) между электродом определения/рабочим электродом и электродом сравнения. Потенциал рабочего электрода должен зависеть от концентрации аналита в образце. Электрод сравнения необходим для обеспечения определенного эталонного потенциала.A potentiometric sensor is a type of chemical sensor that can be used to determine the analytical concentration of an analyte contained in a sample. These sensors measure the electrical potential of an electrode in the absence of current. The signal is measured as the potential difference (voltage) between the detection/working electrode and the reference electrode. The potential of the working electrode should depend on the concentration of the analyte in the sample. A reference electrode is required to provide a certain reference potential.
Среди различных потенциометрических методик определение на основе полевых транзисторов (FET) привлекло значительное внимание из-за его потенциала для миниатюризации, параллельного определения, короткого времени отклика и бесшовной интеграции в процессах изготовления электронных устройств, например, комплементарных металлооксидных полупроводников (CMOS (от англ. - complementary metal-oxide semiconductor)). Полевой транзистор (FET) представляет собой тип транзистора, в котором используется электрическое поле для управления потоком тока.Among various potentiometric techniques, field-effect transistor (FET) sensing has received considerable attention due to its potential for miniaturization, parallel sensing, fast response time, and seamless integration in electronic device fabrication processes such as complementary metal oxide semiconductors (CMOS). complementary metal-oxide semiconductor)). A field-effect transistor (FET) is a type of transistor that uses an electric field to control the flow of current.
Концепция ионочувствительного FET (ISFET (от англ. - ion-sensitive field-effect transistor - ионочувствительный полевой транзистор)) была представлена в начале 1970-х годов и основана на полевом транзисторе с металлооксидным полупроводником (MOSFET (от англ. - metal oxide semiconductor field effect transistor)). Ионно-чувствительный полевой транзистор (ISFET) представляет собой полевой транзистор, используемый для измерения концентрации ионов в растворе; при изменении концентрации ионов (например, H+, см. шкалу pH) ток через транзистор соответственно изменится. В данном случае раствор используется в качестве электрода затвора. Напряжение между подложкой и оксидными поверхностями возникает из-за ионной оболочки. Он представляет собой особый тип MOSFET (полевого транзистора с металлооксидным полупроводником), имеющий ту же базовую структуру, но с металлическим затвором, замененным ионочувствительной мембраной, раствором электролита и электродом сравнения. ISFET был первым FET биосенсора (BioFET (от англ. - biosensor field-effect transistor - полевой транзистор биосенсора)).The concept of the ion-sensitive field-effect transistor (ISFET) was introduced in the early 1970s and is based on the metal oxide semiconductor field effect transistor (MOSFET). effect transistor)). An ion-sensing field-effect transistor (ISFET) is a field-effect transistor used to measure the concentration of ions in a solution; when the concentration of ions changes (for example, H+, see pH scale), the current through the transistor will change accordingly. In this case, the solution is used as a gate electrode. The voltage between the substrate and the oxide surfaces arises due to the ionic shell. It is a special type of MOSFET (metal oxide semiconductor field-effect transistor) having the same basic structure, but with the metal gate replaced by an ion-sensitive membrane, an electrolyte solution, and a reference electrode. ISFET was the first biosensor FET (BioFET (from English - biosensor field-effect transistor - biosensor field-effect transistor)).
Биосенсор на основе полевого транзистора представляет собой специальный потенциометрический сенсор, также известный как полевой транзистор биосенсора (Bio-FET или BioFET), полевой биосенсор (FEB (от англ. - field-effect biosensor)) или MOSFET биосенсора, является полевым транзистором (на осA field-effect transistor biosensor is a special potentiometric sensor, also known as a field-effect transistor biosensor (Bio-FET or BioFET), field-effect biosensor (FEB) or MOSFET biosensor, is a field-effect transistor (on
- 17 046276 нове структуры MOSFET), который управляется изменениями поверхностного потенциала, индуцированными связыванием молекул. Когда заряженные молекулы, такие как биомолекулы, связываются с затвором полевого транзистора FET, который обычно представляет собой диэлектрический материал, они могут изменять распределение заряда лежащего в основании полупроводникового материала, что приводит к изменению проводимости канала FET. Bio-FET состоит из двух основных компартментов: один представляет собой элемент биологического распознавания, а другой является полевым транзистором. Структура BioFET в значительной степени основана на ионочувствительном полевом транзисторе (ISFET), типе полевого транзистора с металлооксидным полупроводником (MOSFET), в котором металлический затвор заменен ионочувствительной мембраной, раствором электролита и электродом сравнения.- 17 046276 new MOSFET structure), which is controlled by changes in surface potential induced by the binding of molecules. When charged molecules, such as biomolecules, bind to the gate of a FET, which is typically a dielectric material, they can change the charge distribution of the underlying semiconductor material, resulting in a change in the conductivity of the FET channel. Bio-FET consists of two main compartments: one is the biological recognition element and the other is the field effect transistor. The BioFET structure is largely based on an ion-sensitive field-effect transistor (ISFET), a type of metal oxide semiconductor field-effect transistor (MOSFET) in which the metal gate is replaced by an ion-sensitive membrane, an electrolyte solution, and a reference electrode.
Bio-FET соединяют транзисторное устройство с биочувствительным слоем, который может специфически обнаруживать биологически релевантные молекулы, такие как субстраты ферментов, нуклеиновые кислоты и белки. Система Bio-FET состоит из полупроводникового полевого транзистора, который действует как преобразователь, отделенный слоем изолятора (например, SiO2) от биологического элемента распознавания (например, фермента, рецепторов или молекулярных зондов), который является селективным по отношению к целевой молекуле, называемой аналитом. Как только аналит связывается с элементом распознавания, распределение заряда на поверхности изменяется с соответствующим изменением электростатического поверхностного потенциала полупроводника. Это изменение поверхностного потенциала полупроводника действует так же, как напряжение затвора в традиционном MOSFET, т.е. изменяет величину тока, который может протекать между электродами истока и стока. Это изменение тока (или проводимости) можно измерить, таким образом, можно обнаружить связывание аналита. Точное соотношение между током и концентрацией аналита зависит от области работы транзистора. Изготовление системы Bio-FET включает несколько стадий, таких как, например, следующие: 1. поиск подложки, подходящей для использования в качестве места для FET, и формирование FET на подложке; 2. экспонирование активного участка FET с подложки; 3. обеспечение слоя чувствительной пленки на активном участке FET; 4. обеспечение рецептора на слое чувствительной пленки для использования при обнаружении ионов; 5. удаление полупроводникового слоя и утончение диэлектрического слоя; 6. травление оставшейся части диэлектрического слоя для экспонирования активного участка FET; 7. удаление фоторезиста и нанесение слоя чувствительной пленки с последующим формированием рисунка фоторезиста на чувствительной пленке; 8. травление незащищенной части слоя чувствительной пленки и удаление фоторезиста. Сенсоры BioFET и лежащие в их основе принципы известны специалисту, например, из публикации Kaisti M, 2017 (Biosensors and Bioelectronics Volume 98, 15 December 2017, Pages 437-448).Bio-FETs couple a transistor device to a biosensing layer that can specifically detect biologically relevant molecules such as enzyme substrates, nucleic acids, and proteins. The Bio-FET system consists of a semiconductor field-effect transistor that acts as a transducer, separated by an insulator layer (e.g., SiO 2 ) from a biological recognition element (e.g., enzyme, receptors, or molecular probes) that is selective for a target molecule called an analyte . Once the analyte binds to the recognition element, the charge distribution on the surface changes with a corresponding change in the electrostatic surface potential of the semiconductor. This change in the surface potential of the semiconductor acts in the same way as the gate voltage in a traditional MOSFET, i.e. changes the amount of current that can flow between the source and drain electrodes. This change in current (or conductance) can be measured, so analyte binding can be detected. The exact relationship between current and analyte concentration depends on the area of operation of the transistor. The fabrication of a Bio-FET system involves several steps, such as the following: 1. finding a substrate suitable for use as a site for the FET and forming the FET on the substrate; 2. exposure of the FET active site from the substrate; 3. providing a layer of sensitive film on the active region of the FET; 4. providing a receptor on the sensitive film layer for use in ion detection; 5. removal of the semiconductor layer and thinning of the dielectric layer; 6. etching the remaining part of the dielectric layer to expose the active region of the FET; 7. removing the photoresist and applying a layer of sensitive film with subsequent formation of a photoresist pattern on the sensitive film; 8. etching the unprotected part of the sensitive film layer and removing the photoresist. BioFET sensors and the principles underlying them are known to the skilled person, for example from the publication Kaisti M, 2017 (Biosensors and Bioelectronics Volume 98, 15 December 2017, Pages 437-448).
Электрохимические сенсорные системы (биосенсоры) и, в частности, Bio-FET, могут быть использованы для обнаружения в областях, таких как медицинская диагностика, биологические исследования, защита окружающей среды и анализ пищевых продуктов. Обычные измерения, такие как оптические и спектрометрические измерения, также могут быть использованы для анализа биологических молекул. Тем не менее, эти традиционные способы относительно трудоемки и дороги, включают многостадийные процессы, а также несовместимы с мониторингом в режиме реального времени. Напротив, биосенсоры, такие как Bio-FET, имеют небольшую массу, низкую стоимость массового производства, небольшие размеры и совместимы с коммерческими планарными процессами для крупномасштабных схем. Их можно легко интегрировать в цифровые микрожидкостные устройства для лаборатории на чипе, например, микрожидкостное устройство, которое управляет переносом капель образца, позволяя обнаруживать биомолекулы, обрабатывать сигналы и передавать данные с использованием универсального чипа. Кроме того, их можно использовать в переносных устройствах POC. В способах в соответствии с настоящим изобретением не требуется никакой стадии маркировки и просто используются определенные молекулярные свойства сенсора, предпочтительно сенсорной поверхности, для обеспечения селективности.Electrochemical sensor systems (biosensors), and Bio-FETs in particular, can be used for detection in areas such as medical diagnostics, biological research, environmental protection and food analysis. Conventional measurements such as optical and spectrometric measurements can also be used to analyze biological molecules. However, these traditional methods are relatively labor-intensive and expensive, involve multi-step processes, and are not compatible with real-time monitoring. In contrast, biosensors such as Bio-FETs are low mass, low mass production cost, small in size, and compatible with commercial planar processes for large-scale circuits. They can be easily integrated into digital lab-on-a-chip microfluidic devices, such as a microfluidic device that controls the transport of sample droplets, allowing biomolecule detection, signal processing, and data transfer using a versatile chip. They can also be used in portable POC devices. The methods of the present invention do not require any labeling step and simply use certain molecular properties of the sensor, preferably the sensor surface, to provide selectivity.
Кулонометрия представляет собой еще одну методику электрохимического определения, которую можно использовать в контексте системы в соответствии с настоящим изобретением. Она использует приложенный ток или потенциал для полного преобразования аналита из одного состояния окисления в другое. В ней прямо или опосредованно измеряется полный прошедший ток для определения количества прошедших электронов. Информация о количестве прошедших электронов может указывать на концентрацию аналита или, если концентрация известна, количество электронов, перенесенных в окислительновосстановительной реакции. Общие формы кулонометрии включают электролиз в объеме, также известный как потенциостатическая кулонометрия или кулонометрия с контролируемым потенциалом, а также различные кулонометрические титрования.Coulometry is another electrochemical detection technique that can be used in the context of a system in accordance with the present invention. It uses an applied current or potential to completely convert the analyte from one oxidation state to another. It directly or indirectly measures the total current passed to determine the number of electrons passed. Information about the number of electrons passed can indicate the concentration of the analyte or, if the concentration is known, the number of electrons transferred in the redox reaction. Common forms of coulometry include bulk electrolysis, also known as potentiostatic coulometry or controlled potential coulometry, as well as various coulometric titrations.
Амперометрические сенсоры являются дополнительными предпочтительными электрохимическими системами в соответствии с настоящим изобретением. Амперометрия является термином, обозначающим все электрохимические методики, в которых ток измеряется как функция независимой переменной, которой обычно являются время или потенциал электрода. Хроноамперометрия представляет собой методику, при которой ток измеряется при фиксированном потенциале в разные моменты времени с момента начала поляризации. Хроноамперометрию обычно проводят в растворе без перемешивания и на фиксированном электроде, т.е. в экспериментальных условиях, избегая конвекции как переноса массы кAmperometric sensors are additional preferred electrochemical systems in accordance with the present invention. Amperometry is a term used to describe all electrochemical techniques in which current is measured as a function of an independent variable, which is usually time or electrode potential. Chronoamperometry is a technique in which current is measured at a fixed potential at different times from the onset of polarization. Chronoamperometry is usually carried out in solution without stirring and on a fixed electrode, i.e. under experimental conditions, avoiding convection as mass transfer to
- 18 046276 электроду. С другой стороны, вольтамперометрия является подклассом амперометрии, в которой ток измеряется путем изменения потенциала, приложенного к электроду. В зависимости от формы волны, описывающей способ изменения потенциала как функцию от времени, определяются различные методики вольтамперометрии.- 18 046276 electrode. On the other hand, voltammetry is a subclass of amperometry in which current is measured by changing the potential applied to the electrode. Depending on the waveform, which describes the way the potential changes as a function of time, different voltammetry techniques are defined.
В однопотенциальной амперометрии любой аналит, который может окисляться или восстанавливаться, является кандидатом для амперометрического обнаружения. Самой простой формой амперометрического обнаружения является амперометрия с одним потенциалом или постоянным током (DC (от англ. - direct current)). Напряжение (потенциал) прикладывается между двумя электродами, расположенными в эффлюенте колонки. Измеренный ток изменяется по мере того, как электроактивный аналит окисляется на аноде или восстанавливается на катоде. Однопотенциальную амперометрию использовали для обнаружения анионов слабых кислот, таких как цианид и сульфид, которые проблематичны для кондуктометрических способов. Еще одно, возможно, более важное преимущество амперометрии перед другими способами обнаружения заключается в специфичности. Приложенный потенциал можно отрегулировать, чтобы максимизировать отклик для представляющего интерес аналита при минимизации отклика для мешающих аналитов.In single-potential amperometry, any analyte that can be oxidized or reduced is a candidate for amperometric detection. The simplest form of amperometric detection is single potential or direct current (DC) amperometry. A voltage (potential) is applied between two electrodes located in the effluent of the column. The measured current changes as the electroactive analyte is oxidized at the anode or reduced at the cathode. Single-potential amperometry has been used to detect weak acid anions such as cyanide and sulfide, which are problematic for conductometric methods. Another, perhaps more important, advantage of amperometry over other detection methods is specificity. The applied potential can be adjusted to maximize the response for the analyte of interest while minimizing the response for interfering analytes.
Расширением однопотенциальной амперометрии является импульсная амперометрия, наиболее часто используемая для аналитов, которые имеют тенденцию загрязнять электроды. Аналиты, загрязняющие электроды, уменьшают сигнал при каждом анализе и требуют очистки электрода. При импульсном амперометрическом обнаружении (PAD (от англ. - pulsed amperometric detection)) рабочий потенциал прикладывается в течение короткого времени (обычно несколько сотен миллисекунд), за которым следуют более высокие или более низкие потенциалы, используемые для очистки электрода. Ток измеряется только при приложении рабочего потенциала, затем последовательные измерения тока обрабатываются детектором для получения плавного выходного сигнала. PAD чаще всего используют для обнаружения углеводов после анионообменного разделения, но дальнейшее развитие соответствующих методик показывает многообещающие результаты для аминов, восстановленных соединений серы и других электроактивных соединений.An extension of single-potential amperometry is pulsed amperometry, most commonly used for analytes that tend to foul electrodes. Analytes that contaminate the electrodes reduce the signal with each run and require electrode cleaning. In pulsed amperometric detection (PAD), the operating potential is applied for a short time (usually a few hundred milliseconds), followed by higher or lower potentials used to clear the electrode. The current is measured only when the operating potential is applied, then successive current measurements are processed by the detector to produce a smooth output signal. PAD is most often used for the detection of carbohydrates after anion exchange separation, but further development of appropriate techniques shows promising results for amines, reduced sulfur compounds and other electroactive compounds.
Согласно следующим вариантам осуществления настоящего изобретения электрохимическая сенсорная система представляет собой вольтамперометрическую систему. При вольтамперометрии прикладывается постоянный и/или переменный потенциал на поверхность электрода и измеряется полученный ток с помощью трехэлектродной системы. Этот способ может выявить восстановительный потенциал аналита и его электрохимическую реактивность. Этот способ с практической точки зрения является неразрушающим, поскольку только очень небольшое количество аналита расходуется на двумерной поверхности рабочего/электрода определения и вспомогательного электрода. На практике растворы аналита обычно отбрасывают, поскольку трудно отделить аналит от основного электролита, и для эксперимента требуется небольшое количество аналита. Обычный эксперимент может включать 1-10 мл раствора с концентрацией аналита от 1 до 10 ммоль/л. Химически модифицированные электроды используются для анализа органических и неорганических образцов. Полярография представляет собой подкласс вольтамперометрии, в котором в качестве рабочего электрода используется падающий ртутный электрод.According to further embodiments of the present invention, the electrochemical sensor system is a voltammetric system. In voltammetry, a constant and/or alternating potential is applied to the surface of an electrode and the resulting current is measured using a three-electrode system. This method can reveal the reduction potential of an analyte and its electrochemical reactivity. This method is, from a practical point of view, non-destructive since only a very small amount of analyte is consumed on the two-dimensional surface of the working/determination electrode and the auxiliary electrode. In practice, analyte solutions are usually discarded because it is difficult to separate the analyte from the base electrolyte and a small amount of analyte is required for the experiment. A typical experiment may involve 1-10 ml of solution with analyte concentrations ranging from 1 to 10 mmol/L. Chemically modified electrodes are used to analyze organic and inorganic samples. Polarography is a subclass of voltammetry that uses an incident mercury electrode as the working electrode.
Электрохимическая сенсорная система в соответствии с настоящим изобретением может потребовать калибровки, чтобы обеспечить концентрацию D-лактата в качестве результата измерения. Например, система может быть откалибрована либо на полосе, в которой каждый тестовый прогон калибруется по отклику, генерируемому стандартным образцом, находящимся в капиллярной камере для образца, или, например, на заводе перед отправкой. Стандартные образцы, используемые для калибровки, содержат определенную и известную концентрацию аналита, в данном случае D-лактата. Кроме того, согласно вариантам осуществления электрохимическая сенсорная система может представлять собой систему, не требующую калибровки. Такие системы известны в уровне техники, например, системы, использующие двухчастотный подход для достижения работы электрохимических биосенсоров без калибровки, которые генерируют выходной сигнал с использованием квадратно-волновой вольтамперометрии для отслеживания вызванных связыванием изменений кинетических показателей переноса электронов.The electrochemical sensor system of the present invention may require calibration to provide D-lactate concentration as a measurement result. For example, the system may be calibrated either on the run, in which each test run is calibrated against the response generated by a standard sample held in a sample capillary chamber, or, for example, at the factory before shipment. The standard samples used for calibration contain a specific and known concentration of the analyte, in this case D-lactate. Additionally, in embodiments, the electrochemical sensing system may be a calibration-free system. Such systems are known in the art, for example, systems using a dual-frequency approach to achieve calibration-free operation of electrochemical biosensors that generate an output signal using square wave voltammetry to monitor binding-induced changes in electron transfer kinetics.
Установки электродов, необходимые для различных электрохимических сенсорных систем, которые могут использоваться в контексте настоящего изобретения, описаны в уровне техники и известны специалистам. Они также включают предпочтительные электродные материалы и модификацию поверхности, а также возможный способ иммобилизации молекул на поверхности электродов (см., например, Comprehensive Nanoscience and Nanotechnology (Second Edition), Volume 3, 2019, в частности, Agnieszka A.Zuber et al., 3.06 - Biosensing, Pages 105-126; Handbook of Electrochemistry, 2007, в частности, Grant A. Edwards et al., 8 - Chemically Modified Electrodes, pages 295-327; Kenneth L. Brown, Electrochemical Preparation and Characterization of Chemically Modified Electrodes, DOI: 10.5772/intechopen.81752). Выбор соответствующего материала электрода, модификаций электродов и/или возможностей иммобилизации или прикрепления молекул на электроде зависит от соответствующего применения и ожидаемого диапазона концентраций, подлежащих обнаружению.Electrode settings required for various electrochemical sensor systems that can be used in the context of the present invention are described in the prior art and are known to those skilled in the art. They also include preferred electrode materials and surface modification, as well as a possible method of immobilizing molecules on the surface of electrodes (see, for example, Comprehensive Nanoscience and Nanotechnology (Second Edition), Volume 3, 2019, in particular Agnieszka A. Zuber et al., 3.06 - Biosensing, Pages 105-126; Handbook of Electrochemistry, 2007, in particular, Grant A. Edwards et al., 8 - Chemically Modified Electrodes, pages 295-327; Kenneth L. Brown, Electrochemical Preparation and Characterization of Chemically Modified Electrodes , DOI: 10.5772/intechopen.81752). The selection of appropriate electrode material, electrode modifications, and/or capabilities for immobilization or attachment of molecules on the electrode depends on the appropriate application and the expected range of concentrations to be detected.
- 19 046276- 19 046276
Согласно вариантам осуществления электрохимическая сенсорная система содержит тест-полоску или чип для электрохимического обнаружения D-лактата. Тест-полоска может содержать или состоять из сенсора на бумажной основе для применения в устройстве для оказания медицинской помощи, таком как переносное устройство считывания. Тест-полоску можно комбинировать с электрохимическим обнаружением с помощью небольших портативных электронных устройств. Кроме того, тест-полоска или чип могут представлять собой или содержать гибкий материал, такой как бумага, пластик или текстиль, в качестве подложки для биосенсорной платформы, которая может использоваться в контексте микрожидкостного устройства, биосенсорного устройства лаборатории на чипе (LOC (от англ. - lab-on-a-chip)) или устройства POC.In embodiments, the electrochemical sensing system comprises a test strip or chip for electrochemical detection of D-lactate. The test strip may contain or consist of a paper-based sensor for use in a point-of-care device, such as a portable reader. The test strip can be combined with electrochemical detection using small handheld electronic devices. Additionally, the test strip or chip may be or contain a flexible material such as paper, plastic, or textile as a support for a biosensing platform that may be used in the context of a microfluidic device, a lab-on-a-chip (LOC) biosensing device. - lab-on-a-chip)) or POC devices.
Электрохимические сенсорные системы в соответствии с настоящим изобретением могут быть сконфигурированы для параллельного обнаружения уровней D-лактата в нескольких образцах за счет обеспечения нескольких электрохимических ячеек, что делает возможным мультиплексирование.Electrochemical sensor systems in accordance with the present invention can be configured to detect D-lactate levels in multiple samples in parallel by providing multiple electrochemical cells, allowing multiplexing.
Графические материалыGraphic materials
Далее настоящее изобретение раскрывается с помощью следующих графических материалов. Они не предназначены для ограничения объема настоящего изобретения и представляют собой предпочтительные варианты осуществления аспектов настоящего изобретения, представленных для более наглядной иллюстрации настоящего изобретения, раскрываемого в настоящем документе.The present invention is further disclosed with the help of the following drawings. They are not intended to limit the scope of the present invention and represent preferred embodiments of aspects of the present invention presented to more clearly illustrate the present invention disclosed herein.
Описание графических материаловDescription of graphic materials
Фиг. 1. Распределение лейкоцитов (A), процентное содержание гранулоцитов (B) и D-лактата (C) в синовиальной жидкости (левые панели) с соответствующими кривыми операционных характеристик приемника (ROC) (правые панели). AF (от англ. - aseptic failure) представляет собой асептическое поражение; PJI представляет собой перипротезную инфекцию сустава; AUC (от англ. - area under the curve) представляет собой площадь под кривой.Fig. 1. Distribution of leukocytes (A), percentage of granulocytes (B) and D-lactate (C) in synovial fluid (left panels) with corresponding receiver operating characteristic (ROC) curves (right panels). AF (from English - aseptic failure) is an aseptic lesion; PJI is a periprosthetic joint infection; AUC (from English - area under the curve) represents the area under the curve.
Фиг. 2. Концентрация D-лактата в синовиальной жидкости, стратифицированная по патогену.Fig. 2. D-lactate concentration in synovial fluid, stratified by pathogen.
Фиг. 3. Кривая ROC биомаркеров синовиальной жидкости для PJI. AUC D-лактата, количество лейкоцитов и процент гранулоцитов составляют 0,903, 0,910 и 0,861, соответственно.Fig. 3. ROC curve of synovial fluid biomarkers for PJI. D-lactate AUC, white blood cell count, and granulocyte percentage were 0.903, 0.910, and 0.861, respectively.
Фиг. 4. Распределение D-лактата (A), количества лейкоцитов (B) и процента гранулоцитов (C) у пациентов с асептическим поражением и PJI. Двенадцать случаев с основными воспалительными состояниями и повышенным количеством лейкоцитов или процентом гранулоцитов выше порогового значения представлены темно-серыми точками.Fig. 4. Distribution of D-lactate (A), white blood cell count (B), and granulocyte percentage (C) in patients with aseptic lesions and PJI. Twelve cases with underlying inflammatory conditions and an elevated white blood cell count or granulocyte percentage above the threshold are represented by dark gray dots.
Фиг. 5. Эффективность теста D-лактата синовиальной жидкости и количества лейкоцитов при раннем послеоперационном PJI (A) и отсроченном или позднем PJI (B). Различия при раннем PJI были значимыми (p=0,027), тогда как при отсроченном/позднем PJI - нет (p=0,572).Fig. 5. Performance of synovial fluid D-lactate and white blood cell count tests in early postoperative PJI (A) and delayed or late PJI (B). The difference for early PJI was significant (p=0.027), whereas for delayed/late PJI it was not (p=0.572).
Фиг. 6. Корреляция между эритроцитами синовиальной жидкости и концентрацией D-лактата у пациентов с асептическим поражением и PJI. Примечание: p - корреляция Пирсона.Fig. 6. Correlation between synovial fluid red blood cells and D-lactate concentration in patients with aseptic lesions and PJI. Note: p - Pearson correlation.
Фиг. 7. Электрохимическое измерение D-лактата с использованием потенциометрии. Разная концентрация D-лактата (монолитиевой соли) в качестве стандартного калибратора и соответствующее напряжение. Показаны средние значения, планки погрешностей представляют собой стандартное отклонение.Fig. 7. Electrochemical measurement of D-lactate using potentiometry. Different concentration of D-lactate (monolithium salt) as standard calibrator and corresponding voltage. Mean values are shown, error bars represent standard deviation.
Фиг. 8. Электрохимическое измерение D-лактата с использованием амперометрии. Различные концентрации D-лактата (D-лактата натрия) в качестве стандартного калибратора в фосфатном буфере с pH 6,5 и соответствующим током. Показаны средние значения, планки погрешностей представляют собой стандартное отклонение.Fig. 8. Electrochemical measurement of D-lactate using amperometry. Various concentrations of D-lactate (sodium D-lactate) as a standard calibrator in phosphate buffer with pH 6.5 and appropriate current. Mean values are shown, error bars represent standard deviation.
Фиг. 9. Электрохимическое измерение D-лактата с использованием амперометрии. Различные концентрации D-лактата (D-лактата натрия) в качестве стандартного калибратора в фосфатном буфере с pH 8,5 и соответствующим током. Показаны средние значения, планки погрешностей представляют собой стандартное отклонение.Fig. 9. Electrochemical measurement of D-lactate using amperometry. Various concentrations of D-lactate (sodium D-lactate) as standard calibrator in phosphate buffer with pH 8.5 and appropriate current. Mean values are shown, error bars represent standard deviation.
ПримерыExamples
Далее настоящее изобретение раскрывается с помощью примеров и сравнительных примеров. Они не предназначены для ограничения объема настоящего изобретения и представляют собой предпочтительные варианты осуществления аспектов настоящего изобретения, представленных для более наглядной иллюстрации настоящего изобретения, раскрываемого в настоящем документе.The present invention is further described by way of examples and comparative examples. They are not intended to limit the scope of the present invention and represent preferred embodiments of aspects of the present invention presented to more clearly illustrate the present invention disclosed herein.
Пример 1. D-лактат синовиальной жидкости в качестве специфического в отношении патогена биомаркера для точного и быстрого обнаружения перипротезной инфекции сустава.Example 1: Synovial Fluid D-Lactate as a Pathogen-Specific Biomarker for Accurate and Rapid Detection of Periprosthetic Joint Infection.
Материалы и способы примера 1.Materials and methods of example 1.
Схема исследования и популяция. Проспективно включали последовательно поступивших пациентов возрастом более или равного 18 лет, которым в период с июля 2016 года по июнь 2018 года была выполнена диагностическая суставная аспирация протеза бедра, колена и плеча. Аспирирование болезненных суставов проводили как часть стандартной диагностической процедуры в отделении неотложной помощи, амбулатории или перед разрезом суставной капсулы в операционной. Исключали пациентов, у которых аспирированная синовиальная жидкость была разбавлена путем инстилляции жидкости. Получали одобрение институционального наблюдательного совета и регистрировали в публичном реестреStudy design and population. Consecutive patients aged greater than or equal to 18 years who underwent diagnostic joint aspiration of a hip, knee, and shoulder prosthesis between July 2016 and June 2018 were prospectively enrolled. Aspiration of painful joints was performed as part of a standard diagnostic procedure in the emergency department, outpatient clinic, or before incision of the joint capsule in the operating room. Patients whose aspirated synovial fluid was diluted by fluid instillation were excluded. Received institutional review board approval and entered into a public registry
- 20 046276 клинических испытаний www.clinicaltrials.gov (NCT02530229). Пациенты давали письменное информированное согласие на включение в исследование. Результаты по D-лактату не были сообщены лечащим врачам и не влияли на решения о лечении.- 20 046276 clinical trials www.clinicaltrials.gov (NCT02530229). Patients gave written informed consent for inclusion in the study. D-lactate results were not reported to treating physicians and did not influence treatment decisions.
Определения. Диагностировали PJI в соответствии с рабочими критериями Европейского общества инфекций костей и суставов (EBJIS (от англ. - European Bone and Joint Infection Society)), как это было сделано в нескольких исследованиях (5, 7, 15-20). Соответственно, PJI диагностировали при соблюдении одного или нескольких из следующих критериев: (i) наличие синусового тракта или макроскопического нагноения; (ii) положительная по воспалению гистопатология в перипротезной ткани, определяемая как больше или равно 23 гранулоцитов на 10 полей зрения при большом увеличении (т.е. тип II или III согласно Krenn et al. (21); (iii) повышенное количество лейкоцитов в синовиальной жидкости, определяемое как больше 2х103/мкл, или процент нейтрофилов больше 70% (6); (iv) положительный посев синовиальной жидкости, перипротезной ткани или обработанной ультразвуком жидкости. Посев обработанной ультразвуком жидкости считали положительным, если обнаруживали больше или равно 50 колониеобразующих единиц (КОЕ)/мл, за исключением Staphylococcus aureus, стрептококков и грамотрицательных палочек, для которых любой рост (т.е. больший или равный 1 КОЕ/мл) считали положительным (22). Следует отметить, что количество лейкоцитов в синовиальной жидкости не считали диагностическим критерием в пределах первых 6 недель после хирургического вмешательства при воспалительном заболевании суставов и в случае перипротезного перелома или вывиха. В этих ситуациях количество лейкоцитов могло повышаться даже при отсутствии инфекции (19).Definitions. PJI was diagnosed according to the European Bone and Joint Infection Society (EBJIS) working criteria, as has been done in several studies (5, 7, 15–20). Accordingly, PJI was diagnosed when one or more of the following criteria were met: (i) presence of sinus tract or macroscopic suppuration; (ii) inflammatory-positive histopathology in the periprosthetic tissue, defined as greater than or equal to 23 granulocytes per 10 high-power fields (i.e., type II or III according to Krenn et al. (21); (iii) increased white blood cell count in synovial fluid, defined as greater than 2 x 10 3 /μl, or a neutrophil percentage greater than 70% (6); (iv) positive culture of synovial fluid, periprosthetic tissue, or sonicated fluid. Culture of sonicated fluid was considered positive if greater than or equal to 50 colony-forming cells were detected. units (CFU)/ml, with the exception of Staphylococcus aureus, streptococci, and gram-negative rods, for which any increase (i.e., greater than or equal to 1 CFU/ml) was considered positive.(22) It should be noted that the number of leukocytes in synovial fluid is not considered a diagnostic criterion within the first 6 weeks after surgery for inflammatory joint disease and in the case of periprosthetic fracture or dislocation. In these situations, the white blood cell count could increase even in the absence of infection (19).
Сбор образцов. Суставные аспирации выполнялись хирургами-ортопедами в соответствии со стандартной асептической техникой в отделении неотложной помощи, амбулаторно-поликлиническом отделении и/или во время операции во время ревизии. Перед суставной аспирацией ни один пациент не получал противомикробное лечение.Collection of samples. Joint aspirations were performed by orthopedic surgeons using standard aseptic technique in the emergency department, outpatient department, and/or intraoperatively during revision. No patient received antimicrobial treatment before joint aspiration.
Традиционные микробиологические тесты. Каждый образец синовиальной жидкости инокулировали аликвотами по 0,1 мл в триптический соевый агар с 5% овечьей крови, шоколадный агар, тиогликолятный бульон. Кроме того, каждый образец инокулировали в педиатрические бутыли для посева крови VersaTREK, TREK Diagnostic Systems, Кливленд, Огайо, США, в первом центре и с использованием BacTec PedsPlus/F, Beckton Dickinson and Co., Шеннон, графство Клэр, Ирландия, во втором центре. Все культуральные среды инкубировали при 35°C в течение 14 суток. Идентификацию и тестирование чувствительности выделенных микроорганизмов проводили с использованием автоматического бактериологического анализатора WalkAway 96 Plus, Beckman Coulter, Брея, Калифорния, США) в первом центре и с использованием автоматизированной системы VITEK 2 (bioMerieux, Марси-л'Этуаль, Франция) во втором центре.Traditional microbiological tests. Each synovial fluid sample was inoculated in 0.1 ml aliquots into tryptic soy agar with 5% sheep blood, chocolate agar, thioglycollate broth. In addition, each sample was inoculated into VersaTREK pediatric blood culture bottles, TREK Diagnostic Systems, Cleveland, Ohio, USA, at the first center and using BacTec PedsPlus/F, Beckton Dickinson and Co., Shannon, County Clare, Ireland, at the second center. All culture media were incubated at 35°C for 14 days. Identification and susceptibility testing of isolated microorganisms was performed using an automated bacteriological analyzer WalkAway 96 Plus, Beckman Coulter, Bray, California, USA) in the first center and using the automated VITEK 2 system (bioMerieux, Marcy-l'Etoile, France) in the second center.
Определение количества и формулы лейкоцитов в синовиальной жидкости. Для определения количества лейкоцитов и процента гранулоцитов 1 мл синовиальной жидкости переносили во флакон, содержащий этилендиаминтетрауксусную кислоту (ЭДТК). Свернувшиеся пробы обрабатывали 10 мкл гиалуронидазы (Sigma-Aldrich Chemie, Тауфкирхен, Германия) в течение 10 минут при комнатной температуре. Тест проводили с помощью проточной цитометрии с использованием автоматического гематологического анализатора (XE-2100, Sysmex, Нордерштедт, Германия).Determination of the number and formula of leukocytes in synovial fluid. To determine the number of leukocytes and the percentage of granulocytes, 1 ml of synovial fluid was transferred into a vial containing ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA). The clotted samples were treated with 10 μl of hyaluronidase (Sigma-Aldrich Chemie, Taufkirchen, Germany) for 10 minutes at room temperature. The test was performed by flow cytometry using an automated hematology analyzer (XE-2100, Sysmex, Norderstedt, Germany).
Измерение D-лактата синовиальной жидкости. Объем образца 0,5-1 мл помещали в стерильный пластиковый необработанный флакон для определения концентрации D-лактата спектрофотометрическим способом с использованием коммерческого набора (диагностического набора D-Lactam, Sivital, Витебск, Республика Беларусь). Для каждого пациента анализировали реакционную смесь, содержащую 0,025 мл ранее обработанных образцов, 0,08 мл смеси субстратов и 0,045 мл смеси ферментов, и холостую пробу, содержащую только смесь образца и субстрата. Калибровочную кривую с растворами Dлактата (монолитиевой соли) в воде обрабатывали в каждой партии. Смесь инкубировали при 37°C в течение 30 минут и определяли оптическую плотность при 570 нм с помощью Microplate Absorbance Reader, DYNEX Technologies MRX, Шантильи, Вирджиния, США. Оптическая плотность каждого образца служила мерой концентрации D-лактата.Measurement of synovial fluid D-lactate. A sample volume of 0.5-1 ml was placed in a sterile plastic untreated vial to determine the concentration of D-lactate spectrophotometrically using a commercial kit (D-Lactam diagnostic kit, Sivital, Vitebsk, Republic of Belarus). For each patient, a reaction mixture containing 0.025 ml of previously processed samples, 0.08 ml of the substrate mixture and 0.045 ml of the enzyme mixture, and a blank containing only the sample and substrate mixture were analyzed. A calibration curve with solutions of D-lactate (monolithium salt) in water was processed in each batch. The mixture was incubated at 37°C for 30 minutes and the absorbance was determined at 570 nm using Microplate Absorbance Reader, DYNEX Technologies MRX, Chantilly, VA, USA. The absorbance of each sample served as a measure of D-lactate concentration.
Статистический анализ. Уровень значимости во всех процедурах проверки гипотез предварительно определяли при p менее 0,05. Количественные данные представляли в виде медианы (диапазон) или среднего значения и стандартного отклонения (SD (от англ. - standard deviation)), в зависимости от ситуации. Для анализа количественных переменных применяли критерий Манна-Уитни и корреляцию Спирмена. Оптимальное значение отсечки рассчитывали путем максимизации чувствительности и специфичности. J-статистику Юдена использовали для определения оптимального значения отсечки Dлактата на кривой операционной характеристики приемника (ROC). Кривые ROC рассчитывали для определения параметров с наивысшим диагностическим потенциалом; оценивали площади под кривыми ROC. Все статистические анализы выполняли с использованием MedCalc 16.4.3. (MedCalc Software bvba, Остенде, Бельгия). Для графики использовали программу Prism (версия 7.03; GraphPad, Ла-Хойя, Калифорния, США).Statistical analysis. The level of significance in all hypothesis testing procedures was preliminarily determined at p less than 0.05. Quantitative data were presented as a median (range) or mean value and standard deviation (SD), depending on the situation. Mann-Whitney test and Spearman correlation were used to analyze quantitative variables. The optimal cutoff value was calculated by maximizing sensitivity and specificity. Youden's J statistic was used to determine the optimal D lactate cutoff value on the receiver operating characteristic (ROC) curve. ROC curves were calculated to determine parameters with the highest diagnostic potential; The areas under the ROC curves were assessed. All statistical analyzes were performed using MedCalc 16.4.3. (MedCalc Software bvba, Ostend, Belgium). Prism software (version 7.03; GraphPad, La Jolla, CA, USA) was used for graphics.
Результаты примера 1.Example 1 results.
Демографические данные пациента и характеристики инфекции. Из 224 включенных пациентов уPatient demographics and infection characteristics. Of the 224 patients included,
- 21 046276 диагностировали PJI, а 137 с асептическим поражением протеза относили к контрольным группам. Демографические данные и пораженные суставы из протезированных суставов, разделенные на группу с асептическим поражением и группу с инфекцией, показаны в табл. 1. Бедра были инфицированы чаще, чем колени.- 21 046276 were diagnosed with PJI, and 137 with aseptic damage to the prosthesis were assigned to the control groups. Demographic data and affected joints from the prosthetic joints divided into aseptic group and infection group are shown in Table. 1. Hips were more often infected than knees.
Микробиология синовиальной жидкости. Из 87 пациентов с PJI у 61 (70%) в посеве синовиальной жидкости рос микроорганизм возбудителя (табл. 2). Из 137 пациентов с асептическим поражением у 9 пациентов с протезами (6,6%) посевы синовиальной жидкости были положительными, что считали контаминациями из-за незначительного роста.Microbiology of synovial fluid. Of the 87 patients with PJI, 61 (70%) had a pathogenic microorganism growing in the synovial fluid culture (Table 2). Of the 137 patients with aseptic lesions, 9 patients with prostheses (6.6%) had positive synovial fluid cultures, which were considered contamination due to minor growth.
Количество и формула лейкоцитов в синовиальной жидкости. Абсолютное количество лейкоцитов в синовиальной жидкости показало чувствительность 87,5% и специфичность 95,7%. Процент гранулоцитов характеризовался чувствительностью 80,4% и специфичностью 99,2% (табл. 3).The number and formula of leukocytes in synovial fluid. The absolute leukocyte count in synovial fluid showed a sensitivity of 87.5% and a specificity of 95.7%. The percentage of granulocytes had a sensitivity of 80.4% and a specificity of 99.2% (Table 3).
D-лактат синовиальной жидкости. Оптимальное значение отсечки для D-лактата составляло 1,2 ммоль/л. Значительно более высокую среднюю (плюс/минус SD) концентрацию D-лактата обнаруживали в синовиальной жидкости пациентов с PJI по сравнению с пациентами с асептическим поражением (2,33 плюс/минус 0,63 ммоль/л по сравнению с 0,77 плюс/минус 0,56 ммоль/л), p менее 0,001, фиг. 1). Чувствительность в тесте с D-лактатом составляла 97,7%, а специфичность составляла 83,9% (табл. 3).Synovial fluid D-lactate. The optimal cutoff value for D-lactate was 1.2 mmol/L. A significantly higher mean (plus/minus SD) D-lactate concentration was found in the synovial fluid of patients with PJI compared with patients with aseptic lesions (2.33 plus/minus 0.63 mmol/L vs. 0.77 plus/minus 0.56 mmol/l), p less than 0.001, Fig. 1). The sensitivity of the D-lactate test was 97.7% and the specificity was 83.9% (Table 3).
У пациентов с асептическим поражением концентрация D-лактата повышалась выше значения отсечки у 20 пациентов. В 8 ложноположительных образцах синовиальной жидкости от пациентов с асептическим поражением регистрировали контаминацию патогеном кожной флоры, поскольку количество лейкоцитов было нормальным (варьировало от 127/мкл до 1237/мкл).In aseptic patients, D-lactate concentrations increased above the cutoff value in 20 patients. In 8 false-positive synovial fluid samples from patients with aseptic lesions, contamination with a skin flora pathogen was detected, since the leukocyte count was normal (varied from 127/μl to 1237/μl).
У 2 пациентов с PJI концентрация D-лактата была ложноотрицательной. У одного пациента с PJI диагноз был основан на положительном посеве синовиальной жидкости (Staphylococcus haemolyticus) в сочетании с повышенным количеством лейкоцитов в синовиальной жидкости, у второго пациента с PJI на наличии подтвержденной инфекции синусового тракта.In 2 patients with PJI, D-lactate concentrations were falsely negative. In one patient with PJI, the diagnosis was based on a positive culture of synovial fluid (Staphylococcus haemolyticus) in combination with an increased number of leukocytes in the synovial fluid; in the second patient with PJI, on the presence of a confirmed sinus tract infection.
Концентрация D-лактата в синовиальной жидкости в зависимости от патогена. У высоковирулентных бактерий (S. aureus и Streptococcus spp.) средняя концентрация D-лактата была значительно выше, чем у коагулазонегативных стафилококков, типичных низковирулентных патогенов (p равно 0,019 и p равно 0,004, соответственно, см. фиг. 2). Не наблюдали значимых различий в концентрации D-лактата при сравнении концентрации D-лактата при инфекциях с отрицательным посевом и инфекциях, вызванных низковирулентными микроорганизмами (т.е. коагулазонегативными стафилококками) (p равно 0,531). У одного пациента с PJI, вызванным Candida parapsilosis, концентрация D-лактата была выше значения отсечки (2,7 ммоль/л).D-lactate concentration in synovial fluid depending on the pathogen. Highly virulent bacteria (S. aureus and Streptococcus spp.) had significantly higher mean D-lactate concentrations than coagulase-negative staphylococci, typical low-virulent pathogens (p = 0.019 and p = 0.004, respectively, see Fig. 2). There were no significant differences in D-lactate concentrations when comparing D-lactate concentrations between culture-negative infections and infections caused by low-virulence organisms (i.e., coagulase-negative staphylococci) (p = 0.531). One patient with PJI caused by Candida parapsilosis had D-lactate concentrations above the cutoff value (2.7 mmol/L).
Обсуждение примера 1.Discussion of example 1.
Предыдущие сообщения продемонстрировали, что D-лактат в синовиальной жидкости был высокочувствительным и специфическим для диагностики септического артрита (11, 12), но этот биомаркер еще не исследовали при PJI. В исследовании авторов настоящего изобретения D-лактат синовиальной жидкости показал более высокую чувствительность, чем количество лейкоцитов в синовиальной жидкости и процент гранулоцитов, но более низкую специфичность для диагностики PJI. Gratacos et al. сообщали о высокой диагностической эффективности D-лактата в синовиальной жидкости (AUC 0,90), высокой чувствительности (86%), специфичности (96%) и высокой отрицательной прогностической ценности (97%) при использовании значения отсечки 0,05 ммоль/л (11). Kortekangas et al. показали, что средняя концентрация D-лактата была значительно выше в образцах синовиальной жидкости с положительным посевом по сравнению с образцами синовиальной жидкости с отрицательным посевом от пациентов с внесуставной инфекцией (p=0,006) (12).Previous reports demonstrated that synovial fluid D-lactate was highly sensitive and specific for the diagnosis of septic arthritis (11, 12), but this biomarker has not yet been examined in PJI. In our study, synovial fluid D-lactate showed higher sensitivity than synovial fluid leukocyte count and granulocyte percentage, but lower specificity for the diagnosis of PJI. Gratacos et al. reported high diagnostic performance of synovial fluid D-lactate (AUC 0.90), high sensitivity (86%), specificity (96%), and high negative predictive value (97%) using a cutoff value of 0.05 mmol/L ( eleven). Kortekangas et al. showed that the mean D-lactate concentration was significantly higher in culture-positive synovial fluid samples compared with culture-negative synovial fluid samples from patients with extra-articular infection (p=0.006) (12).
В исследовании авторов настоящего изобретения оптимальное значение отсечки D-лактата синовиальной жидкости для диагностики PJI составляло 1,2 ммоль/л. У высоковирулентных бактерий (таких как S. aureus и Streptococcus spp.) уровень D-лактата был статистически выше по сравнению с низковирулентными патогенами (такими как коагулазонегативные стафилококки), и никаких различий не наблюдали в последней группе с PJI и при инфекциях с отрицательным посевом. Концентрация D-лактата, вероятно, отражает вирулентность данного вида бактерий и его микробную нагрузку, что объясняет наблюдаемые различия.In our study, the optimal synovial fluid D-lactate cut-off value for diagnosing PJI was 1.2 mmol/L. Highly virulent bacteria (such as S. aureus and Streptococcus spp.) had statistically higher D-lactate levels compared with low-virulent pathogens (such as coagulase-negative staphylococci), and no differences were observed in the latter group with PJI and in culture-negative infections. D-lactate concentration likely reflects the virulence of a given bacterial species and its microbial load, which explains the observed differences.
Интересно отметить, что у одного пациента с PJI, вызванным Candida parapsilosis, наблюдали явно повышенную концентрацию D-лактата (2,7 ммоль/л). Это необычное наблюдение можно объяснить сочетанной инфекцией с неидентифицированной дополнительной бактерией. В качестве альтернативы, локальное ограничение кислорода может привести к спиртовому брожению дрожжей, в ходе которого вырабатываются глицерин, пируват и D-лактат в качестве основных продуктов брожения (23). Рост грибковых патогенов в средах с высоким содержанием глюкозы может привести к увеличению продуцирования D-лактата и общей более низкой эффективности использования глюкозы, как сообщалось для Saccharomyces cerevisiae (24).It is interesting to note that one patient with PJI caused by Candida parapsilosis had a clearly elevated D-lactate concentration (2.7 mmol/L). This unusual observation may be explained by coinfection with an unidentified additional bacterium. Alternatively, local oxygen limitation can lead to alcoholic fermentation of yeast, which produces glycerol, pyruvate, and D-lactate as the main fermentation products (23). Growth of fungal pathogens in high-glucose environments can lead to increased D-lactate production and overall lower glucose utilization efficiency, as reported for Saccharomyces cerevisiae (24).
Кроме того, важно распознавать необычные нарушения, которые вызывают D-лактат-ацидоз и повышают уровень D-лактата в крови и жидкостях организма, а именно при синдроме короткого кишечника и, в частности, при высокоуглеводной диете у детей. Сопутствующий тяжелый неконтролируемыйIn addition, it is important to recognize unusual disorders that cause D-lactic acidosis and increase D-lactate levels in the blood and body fluids, namely short bowel syndrome and, in particular, high-carbohydrate diets in children. Associated severe uncontrollable
- 22 046276 сахарный диабет с дефицитом инсулина также может вызывать повышение уровня D-лактата в плазме и моче (25). Дальнейшие исследования должны изучить основные условия, потенциально влияющие на концентрацию D-лактата, которые могут прояснить ограниченную специфичность теста.- 22 046276 diabetes mellitus with insulin deficiency can also cause increased levels of D-lactate in plasma and urine (25). Future studies should examine the underlying conditions potentially affecting D-lactate concentrations, which may clarify the limited specificity of the test.
D-лактат синовиальной жидкости показал хорошую диагностическую эффективность для диагностики PJI, которая была сопоставима с эффективностью подсчета или формулой лейкоцитов в синовиальной жидкости. Преимущества теста на D-лактат заключаются в низком необходимом объеме синовиальной жидкости (50 мкл), коротком времени выполнения (45 минут) и невысокой стоимости. В частности, высокая чувствительность и быстрая доступность результатов делают тест особенно применимым в качестве инструмента скрининга PJI. Для повышения специфичности подтверждающий диагностический тест синовиальной жидкости может быть включен в диагностический алгоритм PJI.Synovial fluid D-lactate showed good diagnostic performance for the diagnosis of PJI, which was comparable to the performance of synovial fluid leukocyte count or formula. The advantages of the D-lactate test are the low volume of synovial fluid required (50 µl), short turnaround time (45 minutes) and low cost. In particular, the high sensitivity and rapid availability of results make the test particularly useful as a screening tool for PJI. To improve specificity, a confirmatory diagnostic test of synovial fluid can be included in the PJI diagnostic algorithm.
Пример 2. Эффективность D-лактата синовиальной жидкости для диагностики перипротезной инфекции сустава: проспективное обсервационное исследование.Example 2: Efficacy of synovial fluid D-lactate for the diagnosis of periprosthetic joint infection: a prospective observational study.
Материал, пациенты и способы примера 2.Material, patients and methods of example 2.
Схема исследования и популяция. Проспективное диагностическое исследование когорт включало последовательно поступивших пациентов возрастом 18 лет или старше, которых оценивали на предмет болезненного протезного сустава бедра, колена и плеча и которых подвергали диагностической суставной аспирации перед ревизионной артропластикой для оценивания инфекции в период с мая 2016 года по март 2017 года. Брали только один (первый собранный) образец синовиальной жидкости на пациента.Study design and population. A prospective diagnostic cohort study included consecutive patients 18 years of age or older who were evaluated for painful prosthetic joints of the hip, knee, and shoulder and who underwent diagnostic joint aspiration before revision arthroplasty to evaluate for infection between May 2016 and March 2017. Only one (first collected) synovial fluid sample per patient was collected.
Исключали пациентов с разбавленной синовиальной жидкостью после суставной инстилляции, недостаточным объемом синовиальной жидкости (менее 3 мл), или у которых анализ синовиальной жидкости был выполнен более чем через 48 часов после аспирации. Для сбора анамнеза пациента, демографических, клинических, радиологических, микробиологических, гистопатологических и лабораторных данных использовали стандартизированную индивидуальную регистрационную карту. Каждого пациента обследовала междисциплинарная команда, состоящая из хирургов-ортопедов, инфекционистов и терапевтов. Результаты теста D-лактата синовиальной жидкости не передавали лечащим хирургамортопедам. Исследование выполняли в соответствии с Хельсинкской декларацией.Patients with dilute synovial fluid after joint instillation, insufficient synovial fluid volume (less than 3 mL), or whose synovial fluid analysis was performed more than 48 hours after aspiration were excluded. A standardized individual case record was used to collect patient history, demographic, clinical, radiological, microbiological, histopathological and laboratory data. Each patient was examined by a multidisciplinary team consisting of orthopedic surgeons, infectious disease specialists and internists. The results of the synovial fluid D-lactate test were not shared with the treating orthopedic surgeons. The study was performed in accordance with the Declaration of Helsinki.
Диагностика инфекции перипротезного сустава. PJI определяли в соответствии с рабочими критериями Европейского общества инфекций костей и суставов (EBJIS) (44), кратко изложенными в табл. 4. Острую инфекцию диагностировали, если инфекция происходила в течение 4 недель после хирургического вмешательства, или если пациент сообщал о возникновении новых симптомов, продолжающихся не более 4 недель. Инфекции, которые возникли более чем через 4 недели после последнего хирургического вмешательства и были симптоматическими более 4 недель, определяли как хронические инфекции. Кроме того, на основании интервала между последним ревизионным хирургическим вмешательством или первичной имплантацией и временем аспирации все инфекции классифицировали на ранние (т.е. менее 3 месяцев) и отсроченные или поздние (т.е. более 3 мес.) инфекции (45).Diagnosis of periprosthetic joint infection. PJI was defined according to the working criteria of the European Bone and Joint Infection Society (EBJIS) (44), summarized in Table. 4. Acute infection was diagnosed if the infection occurred within 4 weeks after surgery or if the patient reported new symptoms lasting no more than 4 weeks. Infections that occurred more than 4 weeks after the last surgical procedure and were symptomatic for more than 4 weeks were defined as chronic infections. In addition, based on the interval between the last revision surgery or primary implantation and the time of aspiration, all infections were classified into early (ie, less than 3 months) and delayed or late (ie, more than 3 months) infections (45).
Получение и исследование синовиальной жидкости, перипротезной ткани и имплантатов. Синовиальную жидкость аспирировали в стерильных условиях перед хирургическим вмешательством в амбулаторном отделении или во время ревизионного хирургического вмешательства перед вскрытием суставной капсулы. Один мл синовиальной жидкости инокулировали в педиатрическую бутылку для посева крови (BacTec PedsPlus/F, Beckton Dickinson and Co), один мл вводили в необработанный флакон для аэробных и анаэробных культур (0,1 мл каждый), а оставшуюся жидкость инокулировали в тиогликолятный бульон для накопления. Педиатрическую бутылку с посевом крови инкубировали при 36 плюс/минус 1°C в течение 14 суток или до обнаружения роста. Аэробные культуры инкубировали при 37°C и проверяли ежедневно в течение 7 суток, а анаэробные культуры инкубировали в течение 14 суток. Идентифицировали морфологию колоний микроорганизмов с помощью стандартных микробиологических способов с использованием автоматизированной системы VITEK 2 (bioMerieux, Марси-л'Этуаль, Франция). Для обнаружения кристаллов урата и пирофосфата аликвоту объемом 1 мл отправляли патологу для исследования синовиальной жидкости с помощью поляризационной микроскопии.Obtaining and studying synovial fluid, periprosthetic tissue and implants. Synovial fluid was aspirated under sterile conditions before surgery in the outpatient department or during revision surgery before opening the joint capsule. One ml of synovial fluid was inoculated into a pediatric blood culture bottle (BacTec PedsPlus/F, Beckton Dickinson and Co), one ml was inoculated into an untreated aerobic and anaerobic culture bottle (0.1 ml each), and the remaining fluid was inoculated into thioglycollate broth for accumulation. The pediatric blood culture bottle was incubated at 36 plus/minus 1°C for 14 days or until growth was detected. Aerobic cultures were incubated at 37°C and checked daily for 7 days, and anaerobic cultures were incubated for 14 days. The morphology of microbial colonies was identified using standard microbiological methods using the automated VITEK 2 system (bioMerieux, Marcy-l'Etoile, France). To detect urate and pyrophosphate crystals, a 1-mL aliquot was sent to a pathologist to examine the synovial fluid using polarizing microscopy.
Кроме того, 3-5 образцов перипротезной ткани собирали во время хирургического вмешательства на границе имплантат и кости или цемента и кости для микробиологического и гистопатологического анализа, если выполняли ревизионное хирургическое вмешательство. Посев перипротезной ткани считали положительным, если высоковирулентный организм рос в более или равной 1 пробе синовиальной жидкости, перипротезной ткани или обработанной ультразвуком (Staphylococcus aureus, Enterobacteriaceae, Streptococcus spp., Candida spp), или если средне- или низковирулентный организм рос в более или равной 2 пробах (коагулазонегативные стафилококки, энтерококки, виды Cutibacterium [ранее известные как Propionibacterium] и другие бактерии микробиома кожи).In addition, 3-5 samples of periprosthetic tissue were collected at the time of surgery at the implant-bone or cement-bone interface for microbiological and histopathological analysis if revision surgery was performed. Periprosthetic tissue cultures were considered positive if a highly virulent organism grew in more than or equal to 1 sample of synovial fluid, periprosthetic tissue, or sonicated tissue (Staphylococcus aureus, Enterobacteriaceae, Streptococcus spp., Candida spp.), or if a moderate or low virulent organism grew in more or equal 2 samples (coagulase-negative staphylococci, enterococci, Cutibacterium species [formerly known as Propionibacterium] and other skin microbiome bacteria).
Извлеченные простетические компоненты отправляли на обработку ультразвуком, как описано ранее (46). Обработку ультразвуком считали положительной, если в обработанной ультразвуком жидкости росло более или равное 1 КОЕ/мл высоковирулентного организма или более 50 КОЕ/мл низковирулентного организма (47).The extracted prosthetic components were sent for sonication as described previously (46). Sonication was considered positive if more than or equal to 1 CFU/ml of a highly virulent organism or more than 50 CFU/ml of a low-virulence organism grew in the sonicated fluid ( 47 ).
Определение количества лейкоцитов в синовиальной жидкости и процент гранулоцитов. Один мл синовиальной жидкости переносили во флакон, содержащий этилендиаминтетрауксусную кислотуDetermination of the number of leukocytes in synovial fluid and the percentage of granulocytes. One ml of synovial fluid was transferred into a vial containing ethylenediaminetetraacetic acid
- 23 046276 (ЭДТК). Количество лейкоцитов определяли с помощью проточной цитометрии с использованием автоматического гематологического анализатора (XE-2100, Sysmex, Нордерштедт, Германия). Свернувшиеся пробы обрабатывали 10 мкл гиалуронидазы (Sigma-Aldrich Chemie, Тауфкирхен, Германия) в течение 10 минут при комнатной температуре.- 23 046276 (EDTC). White blood cell counts were determined by flow cytometry using an automated hematology analyzer (XE-2100, Sysmex, Norderstedt, Germany). The clotted samples were treated with 10 μl of hyaluronidase (Sigma-Aldrich Chemie, Taufkirchen, Germany) for 10 minutes at room temperature.
Определение D-лактата синовиальной жидкости. D-лактат определяли спектрофотометрически по оптической плотности приготовленного образца. Одну аликвоту объемом 1 мл переносили в необработанный флакон для определения D-лактата с использованием коммерческого набора (D-lactam Kit; VLDiagnostics, Лейпциг, Германия). Аликвоты для определения D-лактата хранили при 4°C плюс/минус 1°C и анализировали в течение 48 часов после аспирации. Тесты проводили в соответствии с инструкциями производителя. Определение основано на спектрофотометрическом способе со стандартным устройством считывания в микропланшетах поглощения при 570 нм, требующим 50 мкл синовиальной жидкости. В анализе D-лактатдегидрогеназа (D-LDH) катализирует окисление D-молочной кислоты до пирувата, наряду с сопутствующим восстановлением никотинамидадениндинуклеотида (НАД') до НАДН. НАДН реагирует с флуоресцентным субстратом с получением окрашивания смеси (48).Determination of D-lactate in synovial fluid. D-lactate was determined spectrophotometrically from the optical density of the prepared sample. One 1-mL aliquot was transferred to an untreated vial for D-lactate determination using a commercial kit (D-lactam Kit; VLDiagnostics, Leipzig, Germany). Aliquots for D-lactate determination were stored at 4°C plus/minus 1°C and analyzed within 48 hours of aspiration. Tests were performed according to the manufacturer's instructions. The determination is based on a spectrophotometric method with a standard microplate reader absorbing at 570 nm, requiring 50 μl of synovial fluid. In the assay, D-lactate dehydrogenase (D-LDH) catalyzes the oxidation of D-lactic acid to pyruvate, along with the concomitant reduction of nicotinamide adenine dinucleotide (NAD') to NADH. NADH reacts with the fluorescent substrate to produce a colored mixture (48).
Набор D-lactam для анализа содержит стандарт D-лактата лития для построения калибровочной кривой, которую обрабатывали для каждой партии. Реакционная смесь содержала 0,025 мл образца синовиальной жидкости, 0,08 мл смеси субстратов и 0,045 мл ферментативной смеси. Смесь для контроля мутности содержала 0,025 мл образца синовиальной жидкости, 0,08 мл смеси субстратов и 0,045 мл очищенной воды. Реагенты вносили в 96-луночный планшет с плоским дном, инкубировали при 37°C в течение 30 минут, а затем считывали при 570 нм с помощью Microplate Absorbance Reader (DYNEX Technologies MRX, Шантильи, Вирджиния, США).The D-lactam assay kit contains a lithium D-lactate standard to generate a calibration curve, which was run on a batch-by-batch basis. The reaction mixture contained 0.025 ml of synovial fluid sample, 0.08 ml of substrate mixture and 0.045 ml of enzyme mixture. The turbidity control mixture contained 0.025 ml of synovial fluid sample, 0.08 ml of substrate mixture and 0.045 ml of purified water. Reagents were added to a 96-well flat-bottom plate, incubated at 37°C for 30 minutes, and then read at 570 nm using a Microplate Absorbance Reader (DYNEX Technologies MRX, Chantilly, VA, USA).
Статистический анализ. J-статистику Юдена использовали для определения значения отсечки Dлактата на кривой ROC. Площадь под кривой ROC (AUC) использовали для оценки диагностической эффективности теста D-лактата, количества лейкоцитов и процента гранулоцитов. Для оценки статистической значимости средней концентрации D-лактата между группами применяли двусторонний tкритерий Стьюдента для независимой выборки. Расчет размера выборки был основан на предположении, что чувствительность D-лактата составляет 90% по сравнению с 80% для радиационных диагностических тестов, включая подсчет лейкоцитов, гистопатологию перипротезных тканей и культуру, т.е. различие в 10% (мощность 80%). Тест Делонга для двух коррелированных кривых ROC использовали для определения того, является ли различие между AUC статистически значимым. Для всех выполненных статистических тестов выбирали уровень значимости а 0,05. Доверительный интервал (CI (от англ. - confidence interval) 95% для AUC оценивали с помощью способа Делонга, и CI 95% для других показателей эффективности оценивали с использованием бутстраповской повторной выборки с 10000 повторов (табл. 6). Тест на две независимые медианы, /2-критерий и точный критерий Фишера использовали для оценки pзначений в табл. 5. Для оценки p-значений между чувствительностям и на фиг. 3 выполняли бутстраповскую повторную выборку с 10000 повторов. Корреляцию между концентрацией эритроцитов и D-лактата оценивали с помощью коэффициента Пирсона (ρ). Для всех статистических анализов использовали IBM SPSS 22.0 (Statistical package for the Social Sciences Corporation, Чикаго, Иллинойс, США). ROC и другие графики создавали с помощью вычислительной среды R (49).Statistical analysis. Youden's J statistic was used to determine the cutoff value of D lactate in the ROC curve. The area under the ROC curve (AUC) was used to evaluate the diagnostic performance of the D-lactate test, white blood cell count, and percentage of granulocytes. A two-tailed independent sample Student's t test was used to assess the statistical significance of mean D-lactate concentrations between groups. The sample size calculation was based on the assumption that the sensitivity of D-lactate is 90%, compared with 80% for radiation diagnostic tests including white blood cell counts, periprosthetic tissue histopathology and culture, i.e. difference of 10% (80% power). The DeLong test for two correlated ROC curves was used to determine whether the difference between AUCs was statistically significant. For all statistical tests performed, a significance level of α 0.05 was chosen. The 95% confidence interval for AUC was estimated using DeLong's method, and the 95% CI for other performance measures was estimated using bootstrap resampling with 10,000 replicates (Table 6). Test for two independent medians The /2 test and Fisher's exact test were used to evaluate p-values in Table 5. Bootstrap resampling with 10,000 replicates was performed to estimate p-values between sensitivities and Figure 3. The correlation between red blood cell and D-lactate concentrations was assessed using the coefficient Pearson (ρ) IBM SPSS 22.0 (Statistical package for the Social Sciences Corporation, Chicago, IL, USA) was used for all statistical analyses.ROC and other plots were generated using the R computing environment (49).
Результаты примера 2.Example 2 results.
Демографические данные пациента. В табл. 5 кратко описаны характеристики 148 пациентов, в том числе 103 (70%) с протезным суставом колена, 43 (29%) с протезным суставом бедра и 2 (1%) с протезным суставом плеча. У сорока четырех пациентов (30%) диагностировали PJI, а у 104 (70%) асептическое поражение протезного суства. Большинство пациентов (n=102, 69%) подвергались ревизионному хирургическому вмешательству, 62 из них с асептическими поражениями и 40 с PJI.Patient demographics. In table 5 summarizes the characteristics of 148 patients, including 103 (70%) with a prosthetic knee, 43 (29%) with a prosthetic hip, and 2 (1%) with a prosthetic shoulder. Forty-four patients (30%) were diagnosed with PJI, and 104 (70%) had aseptic lesions of the prosthetic joint. The majority of patients (n=102, 69%) underwent revision surgery, 62 with aseptic lesions and 40 with PJI.
Эффективность традиционных тестов и микробиологического исследования. Результаты диагностических тестов показаны в табл. 6. Количество лейкоцитов в синовиальной жидкости показало чувствительность 80%. Однако у 12 пациентов абсолютное или относительное количество лейкоцитов было повышено из-за асептических состояний, в том числе ревматологического заболевания суставов (n равно 3), рецидивирующего вывиха (и=равно 2), раннего послеоперационного состояния (n равно 2), травмы (n равно 2)), кристаллической артропатии (n равно 1), перипротезного перелома (n равно 1) и металлоза с кристаллами (n равно 1). Отмечали 21 случай (48%) PJI с отрицательным посевом. Значительный рост микробов регистрировали у 23 пациентов с PJI (52%), тогда как формальную контаминацию (т.е. незначительный рост) обнаруживали в 8 случаях PJI и в 19 случаях асептического поражения. В табл. 7 представлены возбудители PJI. Всего 23 PJI с положительным посевом были вызваны низковирулентными патогенами в 10 эпизодах (43%) и высоковирулентными патогенами в 13 эпизодах (57%).Efficiency of traditional tests and microbiological examination. The results of diagnostic tests are shown in table. 6. White blood cell count in synovial fluid showed a sensitivity of 80%. However, in 12 patients, the absolute or relative leukocyte count was elevated due to aseptic conditions, including rheumatologic joint disease (n = 3), recurrent dislocation (n = 2), early postoperative condition (n = 2), trauma (n equal to 2)), crystal arthropathy (n equal to 1), periprosthetic fracture (n equal to 1) and metallosis with crystals (n equal to 1). There were 21 cases (48%) of culture-negative PJI. Significant microbial growth was observed in 23 PJI patients (52%), whereas formal contamination (i.e., minor growth) was found in 8 PJI cases and 19 aseptic lesions. In table 7 shows PJI pathogens. A total of 23 culture-positive PJIs were caused by low-virulence pathogens in 10 episodes (43%) and high-virulence pathogens in 13 episodes (57%).
Эффективность D-лактата синовиальной жидкости. Рассчитывали оптимальное значение отсечки для D-лактата 1,263 ммоль/л. Чувствительность и специфичность теста D-лактата составляли 86,4% и 81,7%, соответственно (табл. 6). В 19 случаях асептического поражения концентрация D-лактата была выше значения отсечки, включая 12 случаев асептического поражения с количеством и формулой лейкоцитов ниже порогового значения и 7 случаев с неинтерпретируемым количеством клеток из-за основногоEfficacy of synovial fluid D-lactate. The optimal cutoff value for D-lactate was calculated to be 1.263 mmol/L. The sensitivity and specificity of the D-lactate test were 86.4% and 81.7%, respectively (Table 6). In 19 cases of aseptic lesions, the D-lactate concentration was above the cut-off value, including 12 cases of aseptic lesions with white blood cell count and formula below the threshold value and 7 cases with uninterpretable cell count due to the underlying
- 24 046276 воспалительного состояния. В 2 случаях ложноположительных образцов D-лактата регистрировали контаминацию патогеном кожной флоры. D-лактат показывал отрицательный результат у 6 пациентов с диагнозом PJI в соответствии с применяемыми критериями определения. При этом в 2 случаях диагноз PJI был основан только на одном имеющемся критерии (повышенное количество лейкоцитов в синовиальной жидкости или положительная гистопатология); в остальных 4 случаях диагноз PJI был основан на нескольких выполненных критериях, включая один случай с синусовым трактом. Средняя концентрация D-лактата была значительно ниже при асептических поражениях, чем в случаях PJI (р менее 0,001). Для коммерческого набора для тестирования D-лактата требовалось 50 мкл синовиальной жидкости. Время обработки в обоих тестах составляло 30-45 минут.- 24 046276 inflammatory condition. In 2 cases of false-positive D-lactate samples, contamination with a skin flora pathogen was recorded. D-lactate showed a negative result in 6 patients diagnosed with PJI according to the applied definition criteria. However, in 2 cases, the diagnosis of PJI was based on only one available criterion (increased number of leukocytes in the synovial fluid or positive histopathology); in the remaining 4 cases, the diagnosis of PJI was based on multiple fulfilled criteria, including one case with a sinus tract. The mean D-lactate concentration was significantly lower in aseptic lesions than in PJI cases (p less than 0.001). The commercial D-lactate test kit required 50 μl of synovial fluid. Processing time in both tests was 30-45 minutes.
Сравнение D-лактата синовиальной жидкости и количества лейкоцитов. Не наблюдали значительных различий при любых попарных сравнениях AUC между исследованными биомаркерами синовиальной жидкости (AUC D-лактат против AUCWBC (от англ. - White Blood Cell - лейкоцит) p=0,8; фиг. 3). Распределение D-лактата и количества лейкоцитов при PJI и асептических поражениях показано на фиг. 4. В 12 случаях асептического поражения с недиагностическим повышением количества лейкоцитов из-за основных воспалительных состояний, в 7 случаях наблюдали положительный результат в отношении Dлактата, и в 5 случаях - отрицательный результат в отношении D-лактата. Из этих 12 пациентов 11 подвергали ревизионному хирургическому вмешательству, и в конечном итоге в 6 из 12 случаев выполняли полное диагностическое оценивание, подтверждающее асептическую патологию.Comparison of synovial fluid D-lactate and white blood cell count. No significant differences were observed in any pairwise comparisons of AUC between the synovial fluid biomarkers examined (D-lactate AUC vs WBC AUC p=0.8; FIG. 3). The distribution of D-lactate and leukocyte counts in PJI and aseptic lesions is shown in Fig. 4. In 12 cases of aseptic lesions with nondiagnostic elevated white blood cell counts due to underlying inflammatory conditions, 7 cases were D-lactate positive and 5 cases were D-lactate negative. Of these 12 patients, 11 underwent revision surgery, and 6 of 12 ultimately underwent a complete diagnostic evaluation confirming aseptic pathology.
При остром PJI чувствительность D-лактата и количества лейкоцитов составляла 100%, тогда как при хроническом PJI чувствительность снижалась до 81% и 72%, соответственно (p=0,268). Эффективность D-лактата и количества лейкоцитов при ранних и отсроченных/поздних инфекциях показаны на фиг. 5. В то время как D-лактат показал более высокую чувствительность по сравнению с количеством лейкоцитов, количество лейкоцитов было более специфичным для обеих групп. У пациентов, поступивших в ранний срок после хирургического вмешательства, тесты показывали аналогичную чувствительность (67% по сравнению с 58%; p равно 0,572), тогда как в отсроченных/поздних ситуациях D-лактат был более чувствительным (94% по сравнению с 84%; p равно 0,027).In acute PJI, the sensitivity of D-lactate and white blood cell count was 100%, while in chronic PJI the sensitivity decreased to 81% and 72%, respectively (p=0.268). The effectiveness of D-lactate and leukocyte counts in early and delayed/late infections are shown in FIG. 5. While D-lactate showed higher sensitivity compared with white blood cell count, white blood cell count was more specific for both groups. In patients presenting early after surgery, tests showed similar sensitivity (67% versus 58%; p = 0.572), whereas in delayed/late situations, D-lactate was more sensitive (94% versus 84% ; p equals 0.027).
Концентрация D-лактата синовиальной жидкости и микробиологическое исследование. При PJI с отрицательным посевом средняя концентрация D-лактата была значительно ниже, чем при PJI с положительным посевом (0,915 ммоль/л по сравнению с 2,421 ммоль/л; p равно 0,004). Средняя концентрация Dлактата при PJI с отрицательным посевом была значительно выше, чем в случаях с асептической контаминацией (0,915 ммоль/л по сравнению с 1,40 ммоль/л; p менее 0,001). Не наблюдали значимого различия в концентрации D-лактата при сравнении PJI, вызванного низковирулентными и высоковирулентными микроорганизмами (2,047 ммоль/л по сравнению с 2,586 ммоль/л; p равно 0,074) или ранними и отсроченными, или поздними инфекциями (1,459 ммоль/л по сравнению с 1,217 ммоль/л); p равно 0,196).Synovial fluid D-lactate concentration and microbiological examination. Culture-negative PJI had a significantly lower mean D-lactate concentration than culture-positive PJI (0.915 mmol/L vs. 2.421 mmol/L; p = 0.004). The mean D lactate concentration in culture-negative PJI was significantly higher than in cases with aseptic contamination (0.915 mmol/L versus 1.40 mmol/L; p less than 0.001). No significant difference in D-lactate concentration was observed when comparing PJI caused by low-virulent and high-virulent microorganisms (2.047 mmol/L vs. 2.586 mmol/L; p = 0.074) or early and delayed or late infections (1.459 mmol/L vs. from 1.217 mmol/l); p equals 0.196).
Корреляция между эритроцитами в синовиальной жидкости и концентрацией D-лактата. Наблюдали положительную корреляцию между эритроцитами и D-лактатом в целом (р равно 0,185, p равно 0,02), а также в подгруппе с асептическими поражениями (р равно 0,339, p менее 0,01). В подгруппе с PJI обнаруживали отрицательную корреляцию, однако она не достигла значимости (р равно -0,199, p равно 0,195) (фиг. 6). Различие между подгруппами с асептическим поражением и PJI было значимым (р менее 0,01).Correlation between red blood cells in synovial fluid and D-lactate concentration. A positive correlation was observed between red blood cells and D-lactate overall (p equal to 0.185, p equal to 0.02), as well as in the subgroup with aseptic lesions (p equal to 0.339, p less than 0.01). In the subgroup with PJI, a negative correlation was found, but it did not reach significance (p equals -0.199, p equals 0.195) (Fig. 6). The difference between the aseptic and PJI subgroups was significant (p less than 0.01).
Обсуждение примера 2.Discussion of example 2.
В последние годы исследовали несколько биомаркеров в качестве диагностического теста для PJI (34, 35, 50). Однако ни один из них не оценивали исключительно на предмет их способности обнаруживать инфекции низкой степени и ранние послеоперационные инфекции, которые сложно отличить от асептических состояний. Эффективность диагностических тестов сильно зависит от применяемых критериев определения инфекции. В большинстве исследований использовали критерии определения MSIS (от англ. - Musculoskeletal Infection Society - Общество костно-мышечных инфекционных заболеваний) (51), которые пропускали несколько случаев инфекции низкой степени из-за высокого порога подтверждения инфекции (44). В этом исследовании авторы настоящего изобретения использовали критерии с более низким порогом для диагностики PJI с обнаружением также PJI низкой степени (44, 52). В отличие от критериев MSIS C-реактивный белок СРБ и скорость оседания эритроцитов СОЭ не считали диагностическими критериями PJI, поскольку они малоэффективны при инфекциях низкой степени и не специфичны для PJI (33). Кроме того, эстеразу лейкоцитов не включали, поскольку она дает надежные результаты только в образцах, не контаминированных кровью (50).In recent years, several biomarkers have been investigated as a diagnostic test for PJI (34, 35, 50). However, none of them have been evaluated solely for their ability to detect low-grade infections and early postoperative infections, which are difficult to distinguish from aseptic conditions. The performance of diagnostic tests is highly dependent on the criteria used to define infection. Most studies used the Musculoskeletal Infection Society (MSIS) criteria (51), which missed some cases of low-grade infection due to a high threshold for confirming infection (44). In this study, we used lower threshold criteria for diagnosing PJI, also detecting low-grade PJI (44, 52). In contrast to the MSIS criteria, C-reactive protein CRP and erythrocyte sedimentation rate ESR were not considered diagnostic criteria for PJI because they have limited utility in low-grade infections and are not specific for PJI (33). In addition, leukocyte esterase was not included because it gives reliable results only in samples not contaminated with blood (50).
Известно, что отсроченные инфекции вызывают лишь слабовыраженные клинические признаки и симптомы, скорее всего, из-за низкой микробной нагрузки. При том, что метаболизм бактерий снижается по мере созревания биопленки, продуцируется все еще определяемое количество D-лактата. Наблюдали статистически значимое различие в концентрации D-лактата при PJI с отрицательным посевом и в случаях асептического поражения, что подтверждает септическую этиологию в образцах с отрицательным посевом. Кроме того, концентрация D-лактата, по-видимому, зависит от количества бактерий, поскольку концентрация D-лактата была выше при PJI с положительным посевом, чем с отрицательным посевом.Delayed infections are known to cause only mild clinical signs and symptoms, most likely due to a low microbial load. Although bacterial metabolism decreases as the biofilm matures, detectable amounts of D-lactate are still produced. A statistically significant difference in D-lactate concentration was observed between culture-negative PJI and aseptic lesions, supporting a septic etiology in culture-negative specimens. In addition, D-lactate concentration appears to depend on the number of bacteria, as D-lactate concentration was higher in culture-positive PJI than culture-negative PJI.
В исследовании авторов настоящего изобретения у 6 пациентов с хроническим PJI наблюдали ложноотрицательный тест на D-лактат синовиальной жидкости, у двух из которых был положительный реIn a study by the present inventors, a false negative test for synovial fluid D-lactate was observed in 6 patients with chronic PJI, two of whom had a positive result.
- 25 046276 зультат (1 полимикробная инфекция с синусовым трактом и коагулазонегативные стафилококки в синовиальной жидкости). У четырех из них количество лейкоцитов в синовиальной жидкости также было нормальным, а у 3 из них инфекция была подтверждена только положительным результатом гистопатологического исследования перипротезной ткани. Остается неясным, являются ли эти случаи действительно PJI, или они представляют собой гипердиагностированные случаи PJI. В одном случае присутствовал синусовый тракт, который, как было описано ранее, изменял диагностические маркеры в синовиальной жидкости из-за постоянного дренирования воспаления. В то время как продуцирование D-лактата описывали для нескольких видов бактерий, включая Staphylococcus spp., Streptococcus spp., Escherichia coli, Klebsiella pneumoniae и Bacteroides fragilis, a также для Lactobacillales и микробиоты кишечника (40, 42, 53), данные о продуцировании D-лактата другими бактериями в жидкостях организма ограничены. Влияние вирулентности бактерий на концентрацию D-лактата невозможно оценить по данным в соответствии с настоящим изобретением и данным литературы (41).- 25 046276 result (1 polymicrobial infection with the sinus tract and coagulase-negative staphylococci in the synovial fluid). In four of them the number of leukocytes in the synovial fluid was also normal, and in 3 of them the infection was confirmed only by a positive histopathological examination of the periprosthetic tissue. It remains unclear whether these cases are truly PJI or whether they represent overdiagnosed cases of PJI. In one case, a sinus tract was present, which, as previously described, altered diagnostic markers in the synovial fluid due to persistent drainage of inflammation. While D-lactate production has been described for several bacterial species, including Staphylococcus spp., Streptococcus spp., Escherichia coli, Klebsiella pneumoniae, and Bacteroides fragilis, as well as Lactobacillales and gut microbiota (40, 42, 53), production data D-lactate is limited to other bacteria in body fluids. The effect of bacterial virulence on D-lactate concentration cannot be assessed from the data of the present invention and the literature (41).
Концентрация D-лактата была выше значения отсечки у 19 пациентов с асептическим поражением. На основании положительной корреляции между эритроцитами и D-лактатом в группе с асептическим поражением, авторы настоящего изобретения предположили, что гемоглобин может вызывать ложноположительный результат теста на D-лактат из-за подобных длин волн поглощения, т.е. 540 нм для гемоглобина и 570 нм для D-лактата (54). У пациентов с PJI слегка отрицательная корреляция может быть объяснена значительным источником D-лактата из метаболизма бактерий, при этом другие факторы не могут влиять на концентрацию. Авторы настоящего изобретения не оценивали, может ли центрифугирование образца синовиальной жидкости потенциально улучшить специфичность теста на D-лактат.D-lactate concentrations were above the cutoff value in 19 patients with aseptic lesions. Based on the positive correlation between red blood cells and D-lactate in the aseptic group, we hypothesized that hemoglobin may cause a false-positive D-lactate test result due to similar absorption wavelengths, i.e. 540 nm for hemoglobin and 570 nm for D-lactate (54). In patients with PJI, the slightly negative correlation may be explained by a significant source of D-lactate from bacterial metabolism, with no other factors influencing the concentration. The present inventors have not assessed whether centrifugation of a synovial fluid sample could potentially improve the specificity of the D-lactate test.
В заключение, D-лактат синовиальной жидкости является точным диагностическим тестом для диагностики PJI, сравнимым с количеством лейкоцитов в синовиальной жидкости. Для него требуется всего 50 мкл синовиальной жидкости, он характеризуется коротким временем обработки и является недорогим. Модификации теста могут потенциально улучшить его специфичность или могут быть объединены с подтверждающим тестом с более высокой специфичностью.In conclusion, synovial fluid D-lactate is an accurate diagnostic test for diagnosing PJI, comparable to the synovial fluid leukocyte count. It requires only 50 μl of synovial fluid, has a short processing time and is inexpensive. Modifications to the test could potentially improve its specificity or could be combined with a confirmatory test with higher specificity.
Пример 3. Измерение D-лактат с использованием потенциометрического электрохимического сенсора.Example 3 Measurement of D-lactate using a potentiometric electrochemical sensor.
Материал и способы примера 3.Material and methods of example 3.
Изготовление биосенсора. Использовали потенциометрическую электрохимическую сенсорную систему. Систему конструировали с тремя электродами: рабочий/электрод определения (золотой электрод, приобретенный у Genefluidic (Калифорния, США) с сенсором 0 2,5 мм), платиновая проволока в качестве противоэлектрода и Ag/AgCl электрод (BASi) в качестве электрода сравнения.Manufacturing of a biosensor. A potentiometric electrochemical sensor system was used. The system was designed with three electrodes: a working/sensing electrode (a gold electrode purchased from Genefluidic (CA, USA) with a 0 2.5 mm sensor), a platinum wire as a counter electrode, and an Ag/AgCl electrode (BASi) as a reference electrode.
Подготовку чувствительных слоев рабочих электродов выполняли, как раскрывалось ранее (A polyaniline based ultrasensitive potentiometric immunosensor for cardiac troponin complex detection. Qi Zhang a, n, Alok Prabhu a, Avdar San a, Jafar F. Al-Sharab b, Kalle Levon, Biosensors and Bioelectronics 72 (2015) 100106). Рабочие электроды покрывали 20 мкл 1,5 мас.% PANI (от англ. - polyaniline -полианилин)/DNNSA (от англ. - dinonylnaphthalene sulfonic acid динонилнафталинсульфоновая кислота), растворенных в хлороформе, и сушили в печи при 60°C в течение 2 часов. Покрытые PANI/DNNSA электроды погружали в буфер CP с 2,5 мас.% глутаральдегида (GA (от англ. - glutaraldehyde)) в качестве реагента сшивания (Sigma-Aldrich, Миссури, США) при комнатной температуре на 1,5 часа с последующей тщательной промывкой деионизированной водой.The preparation of the sensitive layers of the working electrodes was performed as previously disclosed (A polyaniline based ultrasensitive potentiometric immunosensor for cardiac troponin complex detection. Qi Zhang a, n, Alok Prabhu a, Avdar San a, Jafar F. Al-Sharab b, Kalle Levon, Biosensors and Bioelectronics 72 (2015) 100106). Working electrodes were coated with 20 μl of 1.5 wt.% PANI (polyaniline)/DNNSA (dinonylnaphthalene sulfonic acid) dissolved in chloroform and dried in an oven at 60°C for 2 hours. PANI/DNNSA coated electrodes were immersed in CP buffer with 2.5 wt.% glutaraldehyde (GA) cross-linking reagent (Sigma-Aldrich, MO, USA) at room temperature for 1.5 hours, followed by thorough rinsing with deionized water.
Иммобилизация фермента. Использовали коммерчески доступный набор для определения Dмолочной кислоты. Реагент 1 (16 мл) содержит D-лактатдегидрогеназу более или равно 60 кЕ/л плюс буфер, pH 9,0, а реагент 2 (4,5 мл) содержит НАД' более или равно 20 ммоль/л. 50 мкл смеси реагентов помещали на рабочий электрод, предварительно обработанный, как раскрывалось ранее, в течение ночи при 4°C для иммобилизации фермента.Enzyme immobilization. A commercially available kit for the determination of Dlactic acid was used. Reagent 1 (16 ml) contains D-lactate dehydrogenase greater than or equal to 60 kU/L plus buffer, pH 9.0, and reagent 2 (4.5 ml) contains NAD' greater than or equal to 20 mmol/L. 50 μl of the reagent mixture was placed on the working electrode, pre-treated as previously disclosed, overnight at 4°C to immobilize the enzyme.
Приготовление калибровочных образцов D-лактата. Лиофилизированный D-лактат лития (SigmaAldrich, Миссури, США) разбавляли деионизированной водой до различных концентраций (0, 25, 50, 75 и 100%).Preparation of D-lactate calibration samples. Lyophilized lithium D-lactate (SigmaAldrich, MO, USA) was diluted with deionized water to various concentrations (0, 25, 50, 75 and 100%).
Электрохимические измерения. Помещали 100 мкл образцов, содержащих различные концентрации D-лактата, на поверхность рабочего электрода и измеряли напряжение, соответствующее определенной концентрации D-лактата в калиброванном образце, при комнатной температуре. Потенциометрию разомкнутой цепи (OCP (от англ. - open circuit potentiometry)) выполняли с использованием электрохимической рабочей станции CHI 660d (CH Instruments).Electrochemical measurements. Place 100 μl of samples containing different concentrations of D-lactate on the surface of the working electrode and measure the voltage corresponding to a certain concentration of D-lactate in the calibrated sample at room temperature. Open circuit potentiometry (OCP) was performed using a CHI 660d electrochemical workstation (CH Instruments).
Результаты примера 3.Example 3 results.
Измеренные концентрации и соответствующие напряжения в двух независимых экспериментах показаны на фиг. 7 и в табл. 8. При использовании D-лактата с концентрацией ниже 1,2 мМ напряжение было ниже 85 мВ (интерпретировали как отрицательный результат), тогда как концентрации выше этого значения отсечки, что было определено спектрофотометрическими измерениями, стабильно показывали измерения напряжения выше 85 мВ.The measured concentrations and corresponding voltages from two independent experiments are shown in FIG. 7 and in table. 8. When using D-lactate at concentrations below 1.2 mM, voltages were below 85 mV (interpreted as a negative result), whereas concentrations above this cutoff value, as determined by spectrophotometric measurements, consistently showed voltage measurements above 85 mV.
Обсуждение примера 3.Discussion of example 3.
Эффект зависимости ответа от дозы способа на основе потенциометрического электрохимическогоThe effect of the dose response of the method based on potentiometric electrochemical
- 26 046276 сенсора демонстрирует доказательство концепции независимого от спектрофотометрии измерения, которое не зависит от других компонентов биологических образцов (например, синовиальной жидкости), таких как эритроциты, которые могут давать ложноположительные результаты спектрофотометрических способов из-за того, что длина волны поглощения подобна длине волны гемоглобина. Следовательно, специфичность способа на основе потенциометрического электрохимического сенсора в соответствии с настоящим изобретением будет выше, чем специфичность других доступных на данный момент способов. Этот признак нового теста важен, поскольку ложноположительные результаты могут привести к избыточному противомикробному и хирургическому лечению с негативными последствиями для пациента.- 26 046276 sensor demonstrates a proof of concept for a spectrophotometry-independent measurement that is independent of other components of biological samples (e.g., synovial fluid), such as red blood cells, which can give false positive results to spectrophotometric methods due to the similarity of the absorption wavelength to the hemoglobin. Therefore, the specificity of the potentiometric electrochemical sensor method according to the present invention will be higher than that of other currently available methods. This feature of the new test is important because false-positive results can lead to excessive antimicrobial and surgical treatment with negative consequences for the patient.
Пример 4. Измерение D-лактата с использованием амперометрического электрохимического сенсора.Example 4 Measurement of D-lactate using an amperometric electrochemical sensor.
Материал и способы примера 4.Material and methods of example 4.
Авторы настоящего изобретения выполняли исследование с использованием амперометрического электрохимического сенсора, который содержит тест-полоску (чип) с рабочим электродом, противоэлектродом и электродами сравнения на поверхности для электрохимического обнаружения и электрохимический потенциостат для измерения электрического сигнала. Тест-полоску можно комбинировать с небольшими портативными электронными устройствами для электрохимического обнаружения.The inventors of the present invention performed a study using an amperometric electrochemical sensor, which contains a test strip (chip) with a working electrode, a counter electrode and reference electrodes on the surface for electrochemical detection and an electrochemical potentiostat for measuring the electrical signal. The test strip can be combined with small portable electronic devices for electrochemical detection.
Приготовление калибровочных образцов D-лактата. Коммерчески доступный лиофилизированный D-лактат натрия (Sigma-Aldrich, Миссури, США) восстанавливали из лиофилизата путем добавления необходимого количества деионизированной воды для достижения конечной концентрации 0,01, 0,03, 0,1, 0,3, 1,0, 3,0, 10,0 и 30,0 мМ.Preparation of D-lactate calibration samples. Commercially available lyophilized sodium D-lactate (Sigma-Aldrich, MO, USA) was reconstituted from the lyophilisate by adding the required amount of deionized water to achieve a final concentration of 0.01, 0.03, 0.1, 0.3, 1.0, 3 ,0, 10.0 and 30.0 mM.
Приготовление ферментной смеси. Коммерчески доступную лиофилизированную Dлактатдегидрогеназу из Staphylococcus epidermidis (Sigma-Aldrich, Миссури, США) разбавляли фосфатным буфером до достижения конечной концентрации 100 Е/мл. Коммерчески доступную лиофилизированную не содержащую НАД кислоту (Sigma-Aldrich, Миссури, США) разбавляли до конечной концентрации 20 ммоль/л. Реагенты растворяли в фосфатном буфере с двумя различными концентрациями pH (pH 6,5 и pH 8,5).Preparation of the enzyme mixture. Commercially available lyophilized D-lactate dehydrogenase from Staphylococcus epidermidis (Sigma-Aldrich, MO, USA) was diluted with phosphate buffer to achieve a final concentration of 100 U/ml. Commercially available lyophilized NAD-free acid (Sigma-Aldrich, MO, USA) was diluted to a final concentration of 20 mmol/L. The reagents were dissolved in phosphate buffer with two different pH concentrations (pH 6.5 and pH 8.5).
Электрохимические измерения. Выполняли два эксперимента с использованием фосфатного буфера с различным pH (pH 6,5 и pH 8,5). На поверхность чипа помещали 100 мкл смеси, содержащей фосфатный буфер (pH 6,5 или pH 8,5), 10 единиц D-LDH, 20 ммоль/л НАД и различные концентрации Dлактата. Измерение силы тока, соответствующего определенной концентрации D-лактата в калиброванном образце, проводили при комнатной температуре с использованием хроноамперометрии со стандартным потенциостатом (CompactStat.h-Standard, Ivium Technologies, Эйндховен, Нидерланды).Electrochemical measurements. Two experiments were performed using phosphate buffer with different pH (pH 6.5 and pH 8.5). 100 μL of a mixture containing phosphate buffer (pH 6.5 or pH 8.5), 10 units of D-LDH, 20 mmol/L NAD, and various concentrations of D-lactate was placed on the surface of the chip. Measurement of the current corresponding to a specific concentration of D-lactate in a calibrated sample was carried out at room temperature using chronoamperometry with a standard potentiostat (CompactStat.h-Standard, Ivium Technologies, Eindhoven, the Netherlands).
Результаты примера 4.Example 4 results.
Измеренные концентрации D-лактата в фосфатном буфере с pH 6,5 и соответствующий ток показаны на фиг. 8 и в табл. 9. Измеренные концентрации D-лактата в фосфатном буфере с pH 8,5 и соответствующий ток показаны на рисунке 9 и в табл. 10. При использовании D-лактата с концентрацией ниже 1,2 мМ ток был ниже 422 нА (интерпретировали как отрицательный результат), тогда как концентрации выше этого значения отсечки, которое определяли спектрофотометрическими измерениями, всякий раз демонстрировали измерения тока выше 422 нА.The measured concentrations of D-lactate in phosphate buffer pH 6.5 and the corresponding current are shown in FIG. 8 and in table. 9. The measured concentrations of D-lactate in phosphate buffer pH 8.5 and the corresponding current are shown in Figure 9 and Table. 10. When using D-lactate at a concentration below 1.2 mM, the current was below 422 nA (interpreted as a negative result), while concentrations above this cut-off value, which was determined by spectrophotometric measurements, each time showed current measurements above 422 nA.
Обсуждение примера 4.Discussion of example 4.
Амперометрический электрохимический сенсор показывал эффект зависимости ответа от дозы при измерении различных концентраций D-лактата независимо от pH используемого буфера, что демонстрирует доказательство концепции независимого от спектрофотометрии измерения D-лактата. Более того, с использованием фосфатного буфера с pH 8,5 авторы настоящего изобретения смогли определить концентрацию D-лактата с более высоким током, что обеспечивает лучшую чувствительность биосенсора для определения концентрации D-лактата в неизвестных образцах.The amperometric electrochemical sensor showed a dose-response effect when measuring different concentrations of D-lactate regardless of the pH of the buffer used, demonstrating proof of concept for spectrophotometry-independent measurement of D-lactate. Moreover, by using a phosphate buffer with pH 8.5, the present inventors were able to determine the D-lactate concentration with a higher current, which provides better sensitivity of the biosensor for determining the D-lactate concentration in unknown samples.
Пример 5. Измерение D-лактата в образцах синовиальной жидкости с использованием электрохимического сенсора.Example 5 Measurement of D-lactate in synovial fluid samples using an electrochemical sensor.
Материал и способы примера 5.Material and methods of example 5.
Авторы настоящего изобретения выполняли исследование с использованием амперометрического электрохимического сенсора (биосенсора), включающего тест-полоску (чип) с рабочим электродом, противоэлектродом и электродами сравнения на поверхности для электрохимического обнаружения и электрохимический потенциостат для измерения электрического сигнала.The inventors of the present invention performed a study using an amperometric electrochemical sensor (biosensor) including a test strip (chip) with a working electrode, a counter electrode and reference electrodes on the surface for electrochemical detection and an electrochemical potentiostat for measuring the electrical signal.
Образцы синовиальной жидкости. В данном исследовании авторы настоящего изобретения использовали образцы синовиальной жидкости из примера 2. В когорте в соответствии с настоящим изобретением 10 пациентов имели инфекцию протезного сустава (PJI). У 30 пациентов диагностировали асептическое поражение (AF) протезного сустава, у 20 из которых тестировали ложноположительный результат в предыдущем исследовании с использованием спектрофотометрических способов.Synovial fluid samples. In this study, the present inventors used the synovial fluid samples from Example 2. In the cohort of the present invention, 10 patients had prosthetic joint infection (PJI). Thirty patients were diagnosed with aseptic lesion (AF) of the prosthetic joint, 20 of whom were tested false-positive in a previous study using spectrophotometric methods.
Приготовление ферментной смеси. Коммерчески доступную лиофилизированную Dлактатдегидрогеназу из Staphylococcus epidermidis (Sigma-Aldrich, Миссури, США) разбавляли фосфатным буфером (pH 8,5) до достижения конечной концентрации 100 Е/мл. Коммерчески доступную лиоPreparation of the enzyme mixture. Commercially available lyophilized D-lactate dehydrogenase from Staphylococcus epidermidis (Sigma-Aldrich, MO, USA) was diluted with phosphate buffer (pH 8.5) to achieve a final concentration of 100 U/ml. Commercially available
- 27 046276 филизированную не содержащую НАД кислоту (Sigma-Aldrich, Миссури, США) разбавляли фосфатным буфером (pH 8,5) до конечной концентрации 20 ммоль/л.- 27 046276 NAD-free acid (Sigma-Aldrich, Missouri, USA) was diluted with phosphate buffer (pH 8.5) to a final concentration of 20 mmol/L.
Электрохимические измерения. На поверхность чипа помещали 90 мкл смеси, содержащей фосфатный буфер (pH 8,5), 10 единиц D-LDH, 20 ммоль/л НАД и 10 мкл образцов синовиальной жидкости. Измерение тока проводили при комнатной температуре с использованием хроноамперометрии со стандартным потенциостатом (CompactStat.h-Standard, Ivium Technologies, Эйндховен, Нидерланды).Electrochemical measurements. 90 μL of a mixture containing phosphate buffer (pH 8.5), 10 units of D-LDH, 20 mmol/L NAD, and 10 μL of synovial fluid samples was placed on the surface of the chip. Current measurements were performed at room temperature using chronoamperometry with a standard potentiostat (CompactStat.h-Standard, Ivium Technologies, Eindhoven, The Netherlands).
Результаты примера 5.Example 5 results.
Используя электрохимическое измерение D-лактата, как раскрывается в настоящем документе, можно было идентифицировать всех пациентов с AF и отличить их от пациентов с PJI. Для всех пациентов с AF наблюдали более низкие измерения тока, чем для пациентов с PJI. Следовательно, можно применять подходящее значение отсечки (тока), что обеспечивает идентификацию PJI с очень высокой специфичностью и чувствительностью.Using electrochemical measurement of D-lactate, as disclosed herein, it was possible to identify all patients with AF and distinguish them from patients with PJI. Lower current measurements were observed for all AF patients than for PJI patients. Therefore, a suitable cutoff value (current) can be applied, allowing identification of PJI with very high specificity and sensitivity.
Обсуждение примера 5.Discussion of example 5.
Амперометрический электрохимический сенсор демонстрирует превосходную чувствительность и специфичность в диагностике PJI, что обеспечивает доказательство концепции независимого от спектрофотометрии измерения. Этот способ не зависит от компонентов биологических образцов (например, синовиальной жидкости), таких как эритроциты, которые могут давать ложноположительные результаты при спектрофотометрических способах из-за длин волн поглощения, подобных таковым у гемоглобина. Следовательно, специфичность электрохимического способа в соответствии с настоящим изобретением будет выше, чем у других доступных на данный момент способов. Этот признак нового теста важен, поскольку ложноположительные результаты могут привести к избыточному противомикробному и хирургическому лечению с негативными последствиями для пациента.The amperometric electrochemical sensor demonstrates excellent sensitivity and specificity in the diagnosis of PJI, providing proof of concept for a spectrophotometry-independent measurement. This method does not rely on components of biological samples (eg, synovial fluid), such as red blood cells, which can give false-positive results in spectrophotometric methods due to absorption wavelengths similar to those of hemoglobin. Therefore, the specificity of the electrochemical method in accordance with the present invention will be higher than that of other currently available methods. This feature of the new test is important because false-positive results can lead to excessive antimicrobial and surgical treatment with negative consequences for the patient.
Согласно запланированным вариантам осуществления обнаружение электрического сигнала будет осуществляться с использованием питающегося от батареи переносного компактного устройства считывания, подобного глюкометру (Freestyle Precision Pro, Abbott, Норт-Чикаго, Иллинойс, США), который используется для получения количественной информации об аналите.In planned embodiments, electrical signal detection will be accomplished using a battery-powered, portable, compact reader like a glucometer (Freestyle Precision Pro, Abbott, North Chicago, IL, USA) that is used to obtain quantitative information about the analyte.
Таблицы.Tables.
Таблицы примера 1.Example 1 tables.
Таблица 1 Демографические данные и характеристики 224 пациентов с перипротезными суставами, стратифициро________ванных по асептической . и инфекционной патологии________Table 1 Demographics and characteristics of 224 patients with periprosthetic joints, stratified by ________aseptic . and infectious pathology________
PJI - перипротезная инфекция сустава, AF - асептическое поражение.PJI - periprosthetic joint infection, AF - aseptic lesion.
Таблица 2table 2
Микробиологическое исследование инфекции протезных суставовMicrobiological study of prosthetic joint infection
1 Candida parapsilosis (n=1), Corynebacterium spp. (n=1). 1 Candida parapsilosis (n=1), Corynebacterium spp. (n=1).
2 Один пациент с PJI имел смешанную инфекцию S. aureus и S. pyogenes. 2 One patient with PJI had a mixed infection with S. aureus and S. pyogenes.
- 28 046276- 28 046276
Таблица 3Table 3
Аналитическая эффективность тестов синовиальной жидкостиAnalytical performance of synovial fluid tests
PJI - перипротезная инфекция сустава, AF - асептическое поражение, AUC - площадь под кривой, PPV (от англ. - positive predictive value) - прогностическая ценность положительного результата, NPV (от англ. negative predictive value) - прогностическая ценность отрицательного результата, CI - доверительный интервал.PJI - periprosthetic joint infection, AF - aseptic lesion, AUC - area under the curve, PPV (positive predictive value) - predictive value of a positive result, NPV (negative predictive value) - predictive value of a negative result, CI - confidence interval.
Таблицы примера 2.Example 2 tables.
Таблица 4 В соответствии с рабочими критериями Европейского общества инфекций костей и суставов (EBJIS) перипротезную инфекцию сустава определяют при выполнении критерия более или равного 1Table 4 According to the working criteria of the European Bone and Joint Infection Society (EBJIS), periprosthetic joint infection is defined as a criterion greater than or equal to 1.
1 Острое воспаление определяют как более или равное 23 гранулоцитам на поле при большом увеличении, что соответствует типу II или III по Кренну и Моравицу (56). 1 Acute inflammation is defined as more than or equal to 23 granulocytes per high-power field, corresponding to type II or III according to Krenn and Morawitz (56).
2 Значения отсечки лейкоцитов не считают диагностическими в пределах 6 недель после хирургического вмешательства, при активном ревматическом заболевании суставов, перипротезном переломе, травме сустава или вывихе. 2 Leukocyte cutoff values are not considered diagnostic within 6 weeks of surgery, in active rheumatic joint disease, periprosthetic fracture, joint trauma, or dislocation.
3 Посев перипротезной ткани считали положительным, если высоковирулентный организм вырос в более или равном 1 образце (Staphylococcus aureus, Enterobacteriaceae, Streptococcus spp., Candida spp.), или низковирулентный организм вырос в более или равном 2 образцах (коагулазонегативные стафилококки, энтерококки, Cutibacterium [ранее известная как Propionibacterium] spp. и другие бактерии микробиома кожи). 3 Periprosthetic tissue culture was considered positive if a highly virulent organism grew in more than or equal to 1 sample (Staphylococcus aureus, Enterobacteriaceae, Streptococcus spp., Candida spp.), or a low virulent organism grew in more than or equal to 2 samples (coagulase-negative staphylococci, enterococci, Cutibacterium [ formerly known as Propionibacterium spp. and other skin microbiome bacteria).
4 Обработку ультразвуком считали положительной, если в обработанной ультразвуком жидкости выросло более или равное 1 КОЕ/мл высоковирулентного организма или более 50 КОЕ/мл низковирулентного организма (47). 4 Sonication was considered positive if more than or equal to 1 CFU/ml of a high-virulence organism or more than 50 CFU/ml of a low-virulence organism grew in the sonicated fluid (47).
- 29 046276- 29 046276
Таблица 5Table 5
Характеристики пациентовPatient characteristics
Таблица 6Table 6
Показатели немикробиологических и микробиологических тестов в соответствии с предложенными кри____________________________________териями EPJIC____________________________________Performance of non-microbiological and microbiological tests in accordance with the proposed criteria__________________________________________ EPJIC______________________________
- 30 046276- 30 046276
Примечание. Если показан знаменатель, тест проводили не у всех пациентов. * PJI подтверждали, когда присутствовал по меньшей мере один из следующих критериев: клинические признаки (т.е. макроскопический гной в синовиальной жидкости или в окружении протеза, или наличие синусового тракта, повышенное количество лейкоцитов в синовиальной жидкости (более 2000 лейкоцитов/мкл или более 70% гранулоцитов)), гистопатологическое свидетельство воспаления в перипротезной ткани при положительном в значительной степени микробиологическом исследовании. 1 У одиннадцати пациентов имелся видимый гной в синовиальной жидкости, у 1 пациента имелся синусовый тракт, а у 7 пациентов наблюдали и то, и другое. 2 У 12 из 148 пациентов количество лейкоцитов (n равно 9) или процент гранулоцитов (n равно 8) были повышены, но не были диагностическими для PJI из-за сопутствующей кристаллической артропатии (n равно 1), рецидивирующего вывиха (n равно 2), ревматологического заболевания суставов (n равно 3), раннего послеоперационного состояния (n равно 2), травмы (n равно 2), перипротезного перелома (n равно 1) или металлоза с кристаллами (n равно 1). 3 Ложноположительные результаты интерпретировали как положительные для оценивания эффективности. В 3 случаях количество лейкоцитов и процент гранулоцитов не превышали значение отсечки, хотя определялись как не интерпретируемые. 4 Роста низковирулентного микроорганизма только в одном образце было недостаточно для диагностики PJI.Note. If the denominator is shown, the test was not performed on all patients. *PJI was confirmed when at least one of the following criteria was present: clinical signs (ie, macroscopic pus in the synovial fluid or surrounding the prosthesis, or the presence of a sinus tract, elevated white blood cell count in the synovial fluid (more than 2000 leukocytes/μl or more 70% granulocytes), histopathological evidence of inflammation in the periprosthetic tissue with a largely positive microbiological examination. 1 Eleven patients had visible pus in the synovial fluid, 1 patient had a sinus tract, and 7 patients had both. 2 In 12 of 148 patients, the white blood cell count (n = 9) or granulocyte percentage (n = 8) was elevated but was not diagnostic for PJI due to concomitant crystalline arthropathy (n = 1), recurrent dislocation (n = 2), rheumatologic joint disease (n = 3), early postoperative condition (n = 2), trauma (n = 2), periprosthetic fracture (n = 1), or metallosis with crystals (n = 1). 3 False-positive results were interpreted as positive for efficacy assessment. In 3 cases, the white blood cell count and granulocyte percentage did not exceed the cutoff value, although they were determined to be uninterpretable. 4 Growth of a low-virulence organism in only one specimen was not sufficient to diagnose PJI.
Таблица 7Table 7
Выделенные микроорганизмы у 23 пациентов с PJI с положительным посевомIsolated organisms from 23 culture-positive PJI patients
Таблица 8Table 8
Таблица примера 3.Example table 3.
Среднее напряжение (cB) вычисляли из 2 экспериментов. * На основании значения отсечки, определенного с помощью спектрофотометрии.Average voltage (cB) was calculated from 2 experiments. *Based on cutoff value determined by spectrophotometry.
- 31 046276- 31 046276
Таблицы примера 4.Example 4 tables.
Таблица 9Table 9
Амперометрическое измерение при pH 6,5Amperometric measurement at pH 6.5
Средний ток (нА) вычисляли из 2 экспериментов.The average current (nA) was calculated from 2 experiments.
* На основании значения отсечки, определенного с помощью спектрофотометрии.*Based on cutoff value determined by spectrophotometry.
Таблица 10Table 10
Амперометрическое измерение при pH 8,5Amperometric measurement at pH 8.5
Средний ток (нА) вычисляли из 2 экспериментов.The average current (nA) was calculated from 2 experiments.
* На основании значения отсечки, определенного с помощью спектрофотометрии. Ссылки.*Based on cutoff value determined by spectrophotometry. Links.
1. Kaandorp CJ, Dinant HJ, van de Laar MA, Moens HJ, Prins AP, Dijkmans BA. Incidence and sources of native and prosthetic joint infection: a community based prospective survey. Annals of the rheumatic diseases. 1997;56(8):470-5.1. Kaandorp CJ, Dinant HJ, van de Laar MA, Moens HJ, Prins AP, Dijkmans BA. Incidence and sources of native and prosthetic joint infection: a community based prospective survey. Annals of the rheumatic diseases. 1997;56(8):470-5.
2. Geirsson AJ, Statkevicius S, Vikingsson A. Septic arthritis in Iceland 1990-2002: increasing incidence due to iatrogenic infections. Annals of the rheumatic diseases. 2008;67(5):638-43.2. Geirsson AJ, Statkevicius S, Vikingsson A. Septic arthritis in Iceland 1990-2002: increasing incidence due to iatrogenic infections. Annals of the rheumatic diseases. 2008;67(5):638-43.
3. Corvee S, Portillo ME, Pasticci BM, Borens O, TrampuzA. Epidemiology and new developments in the diagnosis of prosthetic joint infection. Int J Artif Organs. 2012;35(10):923-34.3. Corvee S, Portillo ME, Pasticci BM, Borens O, TrampuzA. Epidemiology and new developments in the diagnosis of prosthetic joint infection. Int J Artif Organs. 2012;35(10):923-34.
4. Zimmerli W, Trampuz A, Ochsner PE. Prosthetic-joint infections. The New England journal of medicine. 2004;351(16):1645-54.4. Zimmerli W, Trampuz A, Ochsner PE. Prosthetic-joint infections. The New England journal of medicine. 2004;351(16):1645-54.
- 32 046276- 32 046276
5. Morgenstern C, Cabric S, Perka C, Trampuz A, Renz N. Synovial fluid multiplex PCR is superior to culture for detection of low-virulent pathogens causing peri prosthetic joint infection. Diagnostic microbiology and infectious disease. 2018;90(2): 115-9.5. Morgenstern C, Cabric S, Perka C, Trampuz A, Renz N. Synovial fluid multiplex PCR is superior to culture for detection of low-virulent pathogens causing peri prosthetic joint infection. Diagnostic microbiology and infectious disease. 2018;90(2): 115-9.
6. Trampuz A, Hanssen AD, Osmon DR, Mandrekar J, Steckelberg JM, Patel R. Synovial fluid leukocyte count and differential for the diagnosis of prosthetic knee infection. The American journal of medicine. 2004; 117(8):556-62.6. Trampuz A, Hanssen AD, Osmon DR, Mandrekar J, Steckelberg JM, Patel R. Synovial fluid leukocyte count and differential for the diagnosis of prosthetic knee infection. The American journal of medicine. 2004; 117(8):556-62.
7. Renz N, Yermak K., Perka C., Trampuz A. Alpha defensin lateral flow test for diagnosis of periprosthetic joint infection. Not a screening but a confirmatory test. . J Bone Joint Surg Am. 2018(100(9)):742-50.7. Renz N, Yermak K., Perka C., Trampuz A. Alpha defensin lateral flow test for diagnosis of periprosthetic joint infection. Not a screening but a confirmatory test. . J Bone Joint Surg Am. 2018(100(9)):742-50.
8. Wouthuyzen-Bakker M, Ploegmakers JJW, Ottink K, Kampinga GA, Wagenmakers-Huizenga L, Jutte PC, et al. Synovial Calprotectin: An Inexpensive Biomarker to Exclude a Chronic Prosthetic Joint Infection. J Arthroplasty. 2018;33(4):1149-53.8. Wouthuyzen-Bakker M, Ploegmakers JJW, Ottink K, Kampinga GA, Wagenmakers-Huizenga L, Jutte PC, et al. Synovial Calprotectin: An Inexpensive Biomarker to Exclude a Chronic Prosthetic Joint Infection. J Arthroplasty. 2018;33(4):1149-53.
9. Shafafy R, McClatchie W, Chettiar K, Gill K, Hargrove R, Sturridge S, et al. Use of leucocyte esterase reagent strips in the diagnosis or exclusion of prosthetic joint infection. The bone & joint journal. 2015;97-b(9): 1232-6.9. Shafafy R, McClatchie W, Chettiar K, Gill K, Hargrove R, Sturridge S, et al. Use of leucocyte esterase reagent strips in the diagnosis or exclusion of prosthetic joint infection. The bone & joint journal. 2015;97-b(9): 1232-6.
10. Marcos MA, Vila J, Gratacos J, Brancos MA, Jimenez de Anta MT. Determination of D-lactate concentration for rapid diagnosis of bacterial infections of body fluids. Eur J Clin Microbiol Infect Dis. 1991 ;10(11):966-9.10. Marcos MA, Vila J, Gratacos J, Brancos MA, Jimenez de Anta MT. Determination of D-lactate concentration for rapid diagnosis of bacterial infections of body fluids. Eur J Clin Microbiol Infect Dis. 1991;10(11):966-9.
11. Gratacos J, Vila J, Moya F, Marcos MA, Collado A, Sanmarti R, et al. Dlactic acid in synovial fluid. A rapid diagnostic test for bacterial synovitis. The Journal of rheumatology. 1995;22(8): 1504-8.11. Gratacos J, Vila J, Moya F, Marcos MA, Collado A, Sanmarti R, et al. Dlactic acid in synovial fluid. A rapid diagnostic test for bacterial synovitis. The Journal of rheumatology. 1995;22(8): 1504-8.
12. Kortekangas P, Peltola O, Toivanen A, Aro HT. Synovial-fluid D-lactic acid in bacterial and other acute joint effusions. Scandinavian journal of rheumatology. 1994;23(4):203-5.12. Kortekangas P, Peltola O, Toivanen A, Aro HT. Synovial-fluid D-lactic acid in bacterial and other acute joint effusions. Scandinavian journal of rheumatology. 1994;23(4):203-5.
13. Uribarri J, Oh MS, Carroll HJ. D-lactic acidosis. A review of clinical presentation, biochemical features, and pathophysiologic mechanisms. Medicine (Baltimore). 1998;77(2):73-82.13. Uribarri J, Oh MS, Carroll HJ. D-lactic acidosis. A review of clinical presentation, biochemical features, and pathophysiological mechanisms. Medicine (Baltimore). 1998;77(2):73-82.
14. Ewaschuk JB, Naylor JM, Zello GA. D-lactate in human and ruminant metabolism. The Journal of nutrition. 2005;135(7):1619-25.14. Ewaschuk JB, Naylor JM, Zello GA. D-lactate in human and ruminant metabolism. The Journal of nutrition. 2005;135(7):1619-25.
15. Karbysheva S, Grigoricheva L, Golnik V, Popov S, Renz N, Trampuz A. Influence of retrieved hip- and knee-prosthesis biomaterials on microbial detection by sonication. European cells & materials. 2019;37:16-22.15. Karbysheva S, Grigoricheva L, Golnik V, Popov S, Renz N, Trampuz A. Influence of retrieved hip- and knee-prosthesis biomaterials on microbial detection by sonication. European cells & materials. 2019;37:16-22.
16. Akgun D, Perka C, Trampuz A, Renz N. Outcome of hip and knee periprosthetic joint infections caused by pathogens resistant to biofilm-active16. Akgun D, Perka C, Trampuz A, Renz N. Outcome of hip and knee periprosthetic joint infections caused by pathogens resistant to biofilm-active
- 33 046276 antibiotics: results from a prospective cohort study. Archives of orthopaedic and trauma surgery. 2018; 138(5):635-42.- 33 046276 antibiotics: results from a prospective cohort study. Archives of orthopedic and trauma surgery. 2018; 138(5):635-42.
17. Akgun D, Trampuz A, Perka C, Renz N. High failure rates in treatment of streptococcal periprosthetic joint infection: results from a seven-year retrospective cohort study. The bone & joint journal. 2017;99-b(5):653-9.17. Akgun D, Trampuz A, Perka C, Renz N. High failure rates in treatment of streptococcal periprosthetic joint infection: results from a seven-year retrospective cohort study. The bone & joint journal. 2017;99-b(5):653-9.
18. Renz N, Feihl S, Cabric S, Trampuz A. Performance of automated multiplex PCR using sonication fluid for diagnosis of periprosthetic joint infection: a prospective cohort. Infection. 2017;45(6):877-84.18. Renz N, Feihl S, Cabric S, Trampuz A. Performance of automated multiplex PCR using sonication fluid for diagnosis of periprosthetic joint infection: a prospective cohort. Infection. 2017;45(6):877-84.
19. Renz N, Mudrovcic S, Perka C, Trampuz A. Orthopedic implantassociated infections caused by Cutibacterium spp. - A remaining diagnostic challenge. PloS one. 2018;13(8):e0202639.19. Renz N, Mudrovcic S, Perka C, Trampuz A. Orthopedic implant-associated infections caused by Cutibacterium spp. - A remaining diagnostic challenge. PloS one. 2018;13(8):e0202639.
20. Sigmund IK, Yermak K, Perka C, Trampuz A, Renz N. Is the Enzymelinked Immunosorbent Assay More Accurate Than the Lateral Flow Alpha Defensin Test for Diagnosing Periprosthetic Joint Infection? Clinical orthopaedics and related research. 2018;476(8): 1645-54.20. Sigmund IK, Yermak K, Perka C, Trampuz A, Renz N. Is the Enzymelinked Immunosorbent Assay More Accurate Than the Lateral Flow Alpha Defensin Test for Diagnosing Periprosthetic Joint Infection? Clinical orthopedics and related research. 2018;476(8): 1645-54.
21. Krenn V, Morawietz L, Perino G, Kienapfel H, Ascherl R, Hassenpflug GJ, et al. Revised histopathological consensus classification of joint implant related pathology. Pathology, research and practice. 2014;210(12):779-86.21. Krenn V, Morawietz L, Perino G, Kienapfel H, Ascherl R, Hassenpflug GJ, et al. Revised histopathological consensus classification of joint implant related pathology. Pathology, research and practice. 2014;210(12):779-86.
22. Trampuz A, Piper KE, Jacobson MJ, Hanssen AD, Unni KK, Osmon DR, et al. Sonication of removed hip and knee prostheses for diagnosis of infection. The New England journal of medicine. 2007;357(7):654-63.22. Trampuz A, Piper KE, Jacobson MJ, Hanssen AD, Unni KK, Osmon DR, et al. Sonication of removed hip and knee prostheses for diagnosis of infection. The New England journal of medicine. 2007;357(7):654-63.
23. Kaliterna J, Weusthuis RA, Castrillo JI, Van Dijken JP, Pronk JT. Transient responses of Candida utilis to oxygen limitation: regulation of the Kluyver effect for maltose. Yeast (Chichester, England). 1995;11(4):317-25.23. Kaliterna J, Weusthuis RA, Castrillo JI, Van Dijken JP, Pronk JT. Transient responses of Candida utilis to oxygen limitation: regulation of the Kluyver effect for maltose. Yeast (Chichester, England). 1995;11(4):317-25.
24. Stewart BJ, Navid A, Kulp KS, Knaack JL, Bench G. D-Lactate production as a function of glucose metabolism in Saccharomyces cerevisiae. Yeast (Chichester, England). 2013;30(2):81-91.24. Stewart BJ, Navid A, Kulp KS, Knaack JL, Bench G. D-Lactate production as a function of glucose metabolism in Saccharomyces cerevisiae. Yeast (Chichester, England). 2013;30(2):81-91.
25. Scheijen JL, Hanssen NM, van de Waarenburg MP, Jonkers DM, Stehouwer CD, Schalkwijk CG. L(+) and D(-) lactate are increased in plasma and urine samples of type 2 diabetes as measured by a simultaneous quantification of L(+) and D(-) lactate by reversed-phase liquid chromatography tandem mass spectrometry. Exp Diabetes Res. 2012;2012:234812.25. Scheijen JL, Hanssen NM, van de Waarenburg MP, Jonkers DM, Stehouwer CD, Schalkwijk CG. L(+) and D(-) lactate are increased in plasma and urine samples of type 2 diabetes as measured by a simultaneous quantification of L(+) and D(-) lactate by reversed-phase liquid chromatography tandem mass spectrometry. Exp Diabetes Res. 2012;2012:234812.
26. Kapadia BH, Berg RA, Daley JA, Fritz J, Bhave A, Mont MA. Periprosthetic joint infection. The Lancet. 2016;387(10016):386-94.26. Kapadia BH, Berg RA, Daley JA, Fritz J, Bhave A, Mont MA. Periprosthetic joint infection. The Lancet. 2016;387(10016):386-94.
27. Smith G, Chetter I. Infection in prosthetic material. Surgery (Oxford). 2015;33(11):559-64.27. Smith G, Chetter I. Infection in prosthetic material. Surgery (Oxford). 2015;33(11):559-64.
- 34 046276- 34 046276
28. Corvee S, Portillo ME, Pasticci BM, Borens O, Trampuz A. Epidemiology and new developments in the diagnosis of prosthetic joint infection. Int J Artif Organs. 2012;35(10):923-34.28. Corvee S, Portillo ME, Pasticci BM, Borens O, Trampuz A. Epidemiology and new developments in the diagnosis of prosthetic joint infection. Int J Artif Organs. 2012;35(10):923-34.
29. Zimmerli W, Trampuz A, Ochsner PE. Prosthetic-joint infections. The New England journal of medicine. 2004;351 (16):1645-54.29. Zimmerli W, Trampuz A, Ochsner PE. Prosthetic-joint infections. The New England journal of medicine. 2004;351(16):1645-54.
30. Morgenstern C, Cabric S, Perka C, Trampuz A, Renz N. Synovial fluid multiplex PCR is superior to culture for detection of low-virulent pathogens causing periprosthetic joint infection. Diagnostic microbiology and infectious disease. 2017;(in press).30. Morgenstern C, Cabric S, Perka C, Trampuz A, Renz N. Synovial fluid multiplex PCR is superior to culture for detection of low-virulent pathogens causing periprosthetic joint infection. Diagnostic microbiology and infectious disease. 2017;(in press).
31. Del Pozo JL, Patel R. Infection associated with prosthetic joints. New England Journal of Medicine. 2009;361 (8):787-94.31. Del Pozo JL, Patel R. Infection associated with prosthetic joints. New England Journal of Medicine. 2009;361(8):787-94.
32. Piper KE, Fernandez-Sampedro M, Steckelberg KE, Mandrekar JN, Karau MJ, Steckelberg JM, et al. C-reactive protein, erythrocyte sedimentation rate and orthopedic implant infection. PloS one. 2010;5(2):e9358.32. Piper KE, Fernandez-Sampedro M, Steckelberg KE, Mandrekar JN, Karau MJ, Steckelberg JM, et al. C-reactive protein, erythrocyte sedimentation rate and orthopedic implant infection. PloS one. 2010;5(2):e9358.
33. Perez-Prieto D, Portillo ME, Puig-Verdie L, Alier A, Martinez S, Sorli L, et al. C-reactive protein may misdiagnose prosthetic joint infections, particularly chronic and low-grade infections. International orthopaedics. 2017;41(7):1315-9.33. Perez-Prieto D, Portillo ME, Puig-Verdie L, Alier A, Martinez S, Sorli L, et al. C-reactive protein may misdiagnose prosthetic joint infections, particularly chronic and low-grade infections. International orthopedics. 2017;41(7):1315-9.
34. Sousa R, Serrano P, Dias JG, Oliveira J, Oliveira A. Improving the accuracy of synovial fluid analysis in the diagnosis of prosthetic joint infection with simple and inexpensive biomarkers. Bone Joint J. 2017;99(3):351-7.34. Sousa R, Serrano P, Dias JG, Oliveira J, Oliveira A. Improving the accuracy of synovial fluid analysis in the diagnosis of prosthetic joint infection with simple and inexpensive biomarkers. Bone Joint J 2017;99(3):351-7.
35. Bottner F, Wegner A, Winkelmann W, Becker K, Erren M, Gotze C. Interleukin-6, procalcitonin and TNF-α: markers of peri-prosthetic infection following total joint replacement. The Journal of bone and joint surgery British volume. 2007;89(1):94-9.35. Bottner F, Wegner A, Winkelmann W, Becker K, Erren M, Gotze C. Interleukin-6, procalcitonin and TNF-α: markers of peri-prosthetic infection following total joint replacement. The Journal of bone and joint surgery British volume. 2007;89(1):94-9.
36. Deirmengian C, Hallab N, Tarabishy A, Della Valle C, Jacobs J J, Lonner J, et al. Synovial fluid biomarkers for periprosthetic infection. Clinical Orthopaedics and Related Research®. 2010;468(8):2017-23.36. Deirmengian C, Hallab N, Tarabishy A, Della Valle C, Jacobs J J, Lonner J, et al. Synovial fluid biomarkers for periprosthetic infection. Clinical Orthopedics and Related Research®. 2010;468(8):2017-23.
37. Ewaschuk JB, Naylor JM, Zello GA. D-lactate in human and ruminant metabolism. The Journal of nutrition. 2005; 135(7): 1619-25.37. Ewaschuk JB, Naylor JM, Zello GA. D-lactate in human and ruminant metabolism. The Journal of Nutrition. 2005; 135(7): 1619-25.
38. Ewaschuk JB, Zello GA, Naylor JM, Brocks DR. Metabolic acidosis: separation methods and biological relevance of organic acids and lactic acid enantiomers. Journal of Chromatography B. 2002;781 (1-2):39-56.38. Ewaschuk JB, Zello GA, Naylor JM, Brocks DR. Metabolic acidosis: separation methods and biological relevance of organic acids and lactic acid enantiomers. Journal of Chromatography B 2002;781(1-2):39-56.
39. Maessen DE, Stehouwer CD, Schalkwijk CG. The role of methylglyoxal and the glyoxalase system in diabetes and other age-related diseases. Clinical science. 2015;128(12):839-61.39. Maessen DE, Stehouwer CD, Schalkwijk CG. The role of methylglyoxal and the glyoxalase system in diabetes and other age-related diseases. Clinical science. 2015;128(12):839-61.
40. Smith S, Eng R, Campos J, Chmel H. D-lactic acid measurements in the diagnosis of bacterial infections. Journal of clinical microbiology. 1989;27(3):385-8.40. Smith S, Eng R, Campos J, Chmel H. D-lactic acid measurements in the diagnosis of bacterial infections. Journal of clinical microbiology. 1989;27(3):385-8.
- 35 046276- 35 046276
41. Marcos M, Vila J, Gratacos J, Brancos M, De Anta MJ. Determination of D-lactate concentration for rapid diagnosis of bacterial infections of body fluids. European Journal of Clinical Microbiology and Infectious Diseases. 1991;10(11):966-9.41. Marcos M, Vila J, Gratacos J, Brancos M, De Anta MJ. Determination of D-lactate concentration for rapid diagnosis of bacterial infections of body fluids. European Journal of Clinical Microbiology and Infectious Diseases. 1991;10(11):966-9.
42. Kortekangas P, Peltola O, Toivanen A, Aro H. Synovial-fluid D-lactic acid in bacterial and other acute joint effusions. Scandinavian journal of rheumatology. 1994;23(4):203-5.42. Kortekangas P, Peltola O, Toivanen A, Aro H. Synovial-fluid D-lactic acid in bacterial and other acute joint effusions. Scandinavian journal of rheumatology. 1994;23(4):203-5.
43. Chen Z, Wang Y, Zeng A, Chen L, Wu R, Chen B, et al. The clinical diagnostic significance of cerebrospinal fluid d-lactate for bacterial meningitis. Clinica chimica acta. 2012;413(19):1512-5.43. Chen Z, Wang Y, Zeng A, Chen L, Wu R, Chen B, et al. The clinical diagnostic significance of cerebrospinal fluid d-lactate for bacterial meningitis. Clinica chimica acta. 2012;413(19):1512-5.
44. Renz N, Yermak К, Perka C, Trampuz A. Alpha defensin lateral flow test for diagnosis of periprosthetic joint infection: a screening or confirmatory test? (in press). JBJS. 2018.44. Renz N, Yermak K, Perka C, Trampuz A. Alpha defensin lateral flow test for diagnosis of periprosthetic joint infection: a screening or confirmatory test? (in press). J.B.J.S. 2018.
45. Tande AJ, Patel R. Prosthetic joint infection. Clinical microbiology reviews. 2014;27(2):302-45.45. Tande AJ, Patel R. Prosthetic joint infection. Clinical microbiology reviews. 2014;27(2):302-45.
46. Trampuz A, Piper KE, Jacobson MJ, Hanssen AD, Unni KK, Osmon DR, et al. Sonication of removed hip and knee prostheses for diagnosis of infection. New England Journal of Medicine. 2007;357(7):654-63.46. Trampuz A, Piper KE, Jacobson MJ, Hanssen AD, Unni KK, Osmon DR, et al. Sonication of removed hip and knee prostheses for diagnosis of infection. New England Journal of Medicine. 2007;357(7):654-63.
47. Portillo ME, Salvado M, Trampuz A, Plasencia V, Rodriguez-Villasante M, Sorli L, et al. Sonication versus vortexing of implants for diagnosis of prosthetic joint infection. J Clin Microbiol. 2013;51 (2):591-4.47. Portillo ME, Salvado M, Trampuz A, Plasencia V, Rodriguez-Villasante M, Sorli L, et al. Sonication versus vortexing of implants for diagnosis of prosthetic joint infection. J Clin Microbiol. 2013;51(2):591-4.
48. McLellan A, Phillips S, Thornalley P. Fluorimetric assay of D-lactate. Analytical biochemistry. 1992;206(1):12-6.48. McLellan A, Phillips S, Thornalley P. Fluorimetric assay of D-lactate. Analytical biochemistry. 1992;206(1):12-6.
49. Team R. A language and environment for statistical computing. 2017. 2017.49. Team R. A language and environment for statistical computing. 2017. 2017.
50. Deirmengian C, Kardos K, Kilmartin P, Cameron A, Schiller K, Booth RE, et al. The alpha-defensin test for periprosthetic joint infection outperforms the leukocyte esterase test strip. Clinical Orthopaedics and Related Research®. 2015;473(1):198-203.50. Deirmengian C, Kardos K, Kilmartin P, Cameron A, Schiller K, Booth RE, et al. The alpha-defensin test for periprosthetic joint infection outperforms the leukocyte esterase test strip. Clinical Orthopedics and Related Research®. 2015;473(1):198-203.
51. Parvizi J, Gehrke T. International Consensus Group on Periprosthetic Joint I (2014) Definition of periprosthetic joint infection. J Arthroplasty.29(7):1331.51. Parvizi J, Gehrke T. International Consensus Group on Periprosthetic Joint I (2014) Definition of periprosthetic joint infection. J Arthroplasty 29(7):1331.
52. Karbysheva S, Grigoricheva L, Golnik V, Popov S, Renz N, Trampuz A. Influence of retrieved hip-and knee-prosthesis biomaterials on microbial detection by sonication. European cells & materials. 2019;37:16-22.52. Karbysheva S, Grigoricheva L, Golnik V, Popov S, Renz N, Trampuz A. Influence of retrieved hip-and knee-prosthesis biomaterials on microbial detection by sonication. European cells & materials. 2019;37:16-22.
53. MayeurC, Gratadoux J-J, Bridonneau C, Chegdani F, Larroque B, Kapel N, et al. Faecal D/L lactate ratio is a metabolic signature of microbiota imbalance in patients with short bowel syndrome. PLoS One. 2013;8(1):e54335.53. Mayeur C, Gratadoux J-J, Bridonneau C, Chegdani F, Larroque B, Kapel N, et al. Faecal D/L lactate ratio is a metabolic signature of microbiota imbalance in patients with short bowel syndrome. PLoS One. 2013;8(1):e54335.
54. Prestes AdS, dos Santos MM, Ecker A, Zanini D, Schetinger MRC, Rosemberg DB, et al. Evaluation of methylglyoxal toxicity in human erythrocytes, leukocytes and platelets. Toxicology mechanisms and methods. 2017;27(4):307-17.54. Prestes AdS, dos Santos MM, Ecker A, Zanini D, Schetinger MRC, Rosemberg DB, et al. Evaluation of methylglyoxal toxicity in human erythrocytes, leukocytes and platelets. Toxicology mechanisms and methods. 2017;27(4):307-17.
56. Morawietz L, Tiddens O, Mueller M, Tohtz S, Gansukh T, Schroeder JH, et al. Twenty-three neutrophil granulocytes in 10 high-power fields is the best histopathological threshold to differentiate between aseptic and septic endoprosthesis loosening. Histopathology. 2009;54(7):847-53.56. Morawietz L, Tiddens O, Mueller M, Tohtz S, Gansukh T, Schroeder JH, et al. Twenty-three neutrophil granulocytes in 10 high-power fields is the best histopathological threshold to differentiate between aseptic and septic endoprosthesis loosening. Histopathology. 2009;54(7):847-53.
57. Matti Kaisti, Zhanna Boeva, Juho Koskinen, Sami Nieminen, Johan Bobacka, and Kalle Levon. Hand-Held Transistor Based Electrical and Multiplexed Chemical Sensing System. ACS Sens. 2016, 1, 1423-1431. DOI: 10.1021 /acssensors.6b00520.57. Matti Kaisti, Zhanna Boeva, Juho Koskinen, Sami Nieminen, Johan Bobacka, and Kalle Levon. Hand-Held Transistor Based Electrical and Multiplexed Chemical Sensing System. ACS Sens. 2016, 1, 1423-1431. DOI: 10.1021/acssensors.6b00520.
58. Janata, J. Principles of Chemical Sensors, 2nd ed.; Springer Publishing Company, Incorporated, 2009.58. Janata, J. Principles of Chemical Sensors, 2nd ed.; Springer Publishing Company, Incorporated, 2009.
59. Ronkainen, N. J.; Halsall, Η. B.; Heineman, W. R. Electro-chemical biosensors. Chern. Soc. Rev. 2010, 39, 1747-1763.59. Ronkainen, N. J.; Halsall, N. B.; Heineman, W. R. Electrochemical biosensors. Chern. Soc. Rev. 2010, 39, 1747-1763.
--
Claims (18)
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
EP19171761.0 | 2019-04-30 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
EA046276B1 true EA046276B1 (en) | 2024-02-21 |
Family
ID=
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US20220206009A1 (en) | Electrochemical d-lactate measurement for diagnosis and prognosis of an infectious disease | |
Wouthuyzen-Bakker et al. | Synovial calprotectin: an inexpensive biomarker to exclude a chronic prosthetic joint infection | |
Puttaswamy et al. | A comprehensive review of the present and future antibiotic susceptibility testing (AST) systems | |
Haahr et al. | Abnormal vaginal microbiota may be associated with poor reproductive outcomes: a prospective study in IVF patients | |
Yermak et al. | Performance of synovial fluid D-lactate for the diagnosis of periprosthetic joint infection: A prospective observational study | |
US10316348B2 (en) | Diagnostic system and process for rapid bacterial infection diagnosis | |
Hu et al. | Serum D-dimer as a diagnostic index of PJI and retrospective analysis of etiology in patients with PJI | |
De Vecchi et al. | Leucocyte esterase, glucose and C-reactive protein in the diagnosis of prosthetic joint infections: a prospective study | |
Ballard et al. | Contact lens-based lysozyme detection in tear using a mobile sensor | |
EP2739975B1 (en) | N-acetyl-d-glucosamine for enhanced specificity of strep a immunoassay | |
Grey et al. | Urinary tract infections: a review of the current diagnostics landscape | |
Misdraji et al. | Urinalysis: when—and when not—to order | |
US20040029205A1 (en) | Diagnostic system for differentiating sputum from saliva | |
EA046276B1 (en) | ELECTROCHEMICAL MEASUREMENT OF D-LACTATE FOR DIAGNOSIS AND PREDICTION OF INFECTIOUS DISEASE | |
Sharma et al. | Effect of different anticoagulants on HBA1C estimation and its stability | |
Akinjogunla et al. | Asymptomatic Candiduria among Type 1 and 2 Diabetes Mellitus Patients: Risk and Sociodemographic Factors, Prevalence, Virulence Markers and Antifungal Susceptibility | |
EP4357778A1 (en) | Treatment of microbial infections diagnosed using the biomarker d-lactate | |
Ebid et al. | The role of procalcitonin as an early biomarker in diagnosis of sepsis | |
Shrestha et al. | In-vitro evaluation of biofilm and hemolysis activity of candida albicans isolated from oral cavity | |
El-Shimy et al. | Serum neopterin level in cases of pulmonary tuberculosis and pneumonia | |
MALI RAI | DEVELOPMENT OF BIODEGRADABLE BACTERIAL BIOSENSORS FOR THE IDENTIFICATION OF HUMAN HEALTH MARKERS BY PROTEOMIC EXPRESSION. | |
Murgia | Development of a new medical device for the diagnosis and management of Urinary Tract Infections (UTIs) | |
Kumar et al. | Bacteriological profile of sepsis and its correlation with procalcitonin in patients with diabetes mellitus | |
KR102096662B1 (en) | Reagent for the selection assay of acinetobacter baumannii like gram negative bacteria and selection assay of acinetobacter baumannii like gram negative bacteria using the same | |
CN108303545A (en) | Therapeutic evaluation and prognosis evaluation reagent kit and application thereof after pulmonary tuberculosis intensive treatment |