Biomarcadors d’infeccióFunction: Opsonization and activation of complement. Indications:...
Transcript of Biomarcadors d’infeccióFunction: Opsonization and activation of complement. Indications:...
Biomarcadors d’infecció
Alicia LacomaServei de MicrobiologiaHospital Universitari Germans Trias i Pujol
Societat Catalana de Malalties Infecciosesi Microbiologia ClínicaAbril [email protected]
A characteristic that is objectively measured and evaluatedas an indicator of normal biological process, pathogenicprocess, or pharmacologic responses to a therapeuticintervention.
Biomarkers Definitions Working Group. Clin Pharmacol Ther 2001
Biomarker
1. Genòmica- Epigenòmica2. Transcriptòmica3. Proteòmica4. Metabolòmica
Crit Care 2013; 17:231
Resultat de la interacció hoste-patogen“terminal downstream end products”
A la recerca de nous biomarcadors amb tecnologies high-throughput
Identificació/Selecció de marcadors candidats
Models animalsTecnologies omics
Vía bioquímica/metabólica coneguda
Com identificar nous biomarcadors?
Desenvolupament inmunoassajos
Avaluació clinica
AJRCCM 2011; 184: 647-655
Early assessment of etiology and degree of inflammatory response Prognostic factor
Easy and quick to measureAdds timely information beyond that of readily available
Dynamic
EtiologyInfection vs inflammatory response of other origin (inflammatory chronic diseases, multiple
trauma, post-surgery…)Bacterial infection vs viral vs fungal
PrognosisCorrelation with severity and mortality risk scores
Response to antibiotic and immunomodulatory treatmentMonitoring clinical evolution
Identification of patients with higher risk of failure
Degree of inflammatory responseLack of inflammatory response, immunosuppression
Over/ Excess inflammatory response, immunopathogenicityIdentification of patients that would benefit from a certain intervention
Inflammatory mediators
Pro-inflammatory molecules Anti-inflammatory molecules
TNF-aIL-10IL-2IL-6IL-8IL-15Neutrophil elastaseIFN-7Protein kinaseMCP-1*MCP-2Leukemia inhibitory factor(D-factor)
ThromboxanePlatelet activating factorSoluble adhesion moleculesVasoactive neuropeptidesPhospholipase A2Tyrosine kinasePlasminogen activator inhibitor-1Free radical generationNeopterinCD14ProstacyclinProstaglandins
IL-1 raIL-4IL-10IL-13Type II IL-1 receptorTransforming growth factor-βEpinephrineSoluble TNF-a receptorsLeukotriene B4-receptor antagonismSoluble recombinant CD-14LPS binding protein*
Bone et al. Chest 1997
Proteins whose serum concentrations increaseProteins whose serumconcentrations decrease
Complement systemC3, C4, C9, Factor B, C1 inhibitor, C4b-binding protein, mannose-binding lectin
Coagulation and fibrinolyticsystemfibrinogen, plasminogen, tissue plasminogen activator, C protein, S protein, urokinase, vitronectin, plasminogen-activator inhibitor 1
Antiproteasesa1-protease inhibitor, a1-antichymotrypsin, pancreatic secretory trypsin inhibitor, inter-a-trypsin inhibitors
Transport proteinshaptoglobin, ceruloplasmin, hemopexin
Participants in inflammatory responsesSecreted phospholipase A2, LBP, IL-1 receptor antagonist, G-CSF
OthersC-reactive proteinSerum amyloid Aa1- acid glycoproteinFibronectinFerritinAngiotensinogen
AlbuminTransferrinTransthyretina2-HS- glycoproteina-fetoprotein Thyroxine-binding-globulin Insulin-like growth factor IFactor XII
Gabay et al. N Engl J Med 1999
Cardiovascular mediators
Beishuizen et al. Clin Chim Acta 2005
Crit Care 2010; 14: R15. Pierrakos C and Vincent JL. Review “Sepsis”, “biomarkers” 3370 referencies, 178 biomarkers
Cytokines
Turnover, short half-life
Binding proteins/ factors
Transient peaks
Compartmentalized production
Synthesis regulated by cytokines
Increase in response to infection and tissue damage
Longer half-life
Less variation in daily levels
Stable in vivo and ex vivo
Easy to measure
HormokinesAcute phase proteins
The inflammatory response
Reinhart K et al. Clin. Microbiol. Rev. 2012;25:609-634
TOXINAS
IL-1
TNF-a
NO
IL-6IL-2IFN-g
LEPTINAPCT
QUIMIOCINAS
IL-10IL-4
GM-CSF
Proteínas de fase agudaCRPHaptoglobina
ADM
FosfolipasaA2
Adapted from Bohuon CLancet, 341:515-518 (1993)
Adapted from Meisner M, J Lab Med 1999Dandona P, et al. J Clin Endocrinol Metab 1994
Harbarth S, AJRCCM 2001Becker KL, J Clin Endocrinol Metab 2004
0
1
2
3
4
5
12 24 36 48 60 72
TNF-a IL-6 PCT CRP
Endotoxina iv Temps (h)
Con
cent
raci
ó(µ
g/m
l)
C-reactive proteinSynthesis: Produced by hepatocytes in response to IL-1, IL-6 and TNF-a stimulation.Mechanism of action: Binds to bacterial membrane and to phosphorylcholine presentin damaged cells.Function: Opsonization and activation of complement.Indications: Systemic infection> localised. Bacterial>viral.Chronic inflammatory diseases monitoring (autoimmune diseases)
NeopterinStructure: 2-amino-4-OH pteridinSynthesis: Produced by monocytes and macrophages in response to IFN-g(secreted by lymphocytes T) and LPS.Function: Marker of cell mediated immunity.Indications: Infections caused by intracellular pathogens (virus, parasites).Bacterial systemic infections. Monitoring: autoimmune and inflammatorydiseases, neoplasia, post-transplantation, polytrauma.
Marcadors “clàssics”
Biomarcadors disponibles
Thyroidal C-Cells
CT
Thyroidal C-cell
CT-mRNA
Golgi apparatus
ProCT
endocrine
Adipose Tissue
Parenchymal Cells
Golgi apparatus
BacterialInfection(e.g.endotoxin)
IL-1bTNFa
Infl
amm
ator
y H
ost
Res
pons
e
CT
Regulated secretion(Ca2+, gastrin)
ProCT
CT-mRNAConstitutive secretion
ProCT
"hormokine"
ViralInfection
IFNg
Linscheid et al. Endocrinology 2003, Crit Care Med 2004
Procalcitonina
Function: Phosphate-calcium metabolism.Immunological: Regulates massive release of TNF-a during sepsis. Regulatesrelease NO. Regulates chemotaxis.
Acts at different levels of inflammatory response
Indicacions: Infecció bacteriana vs infecció viral. Infecció amb afectació sistèmica. Determinacions seriades à Valor pronòsticInici/ durada tractament antibiòtic àMolts estudis multicèntrics i RCT publicats * Systematic review of RCT and recommendations for clinical algorithmsArch Intern Med 2011; 171: 1322-1331* Meta-analisis en infeccions del tracte respiratori. AAC 2011; 55:5900-5906* Meta-analisis en pacients a UCI (PRORATA). Lancet 2010; 375: 1606-474Actualment (2012) hi ha 7 clinical trials a UCI valorant la determinació de PCT per guiar el tractament antibiòtic.
Homeostasis alterations
Atrial natriuretic peptide Hemodynamic(Dys)function
Endothelial(Dys)function
Vasopressin(Copeptin)
EndothelinAdrenomedullin
Natriuresis Water retention
VasoconstrictionVasodilation
Pro-atrial natriuretic peptideStructure: Member of natriuretic peptide family.Synthesis: Mainly at cardiomyoctes.Function: Marker of cardiac stress. Regulates renal and cardiovascular processes. Duringconditions that involve cardiac dysfunction, levels of ANP and its precursor (pro-ANP)increase acute heart failure during sepsis, comorbidities such as chronic heart failure,congestive heart failure and renal failure.Indications: Severity and prognostic marker.
Rubattu et al. J Hypertens 2001 FH.Martini. Fundamentals of anatomy and Physiology
Pro-adrenomedullinStructure: proADM (164 aa) → AM and proadrenomedullin N-terminal 20 peptide (PAMP). CALC gene family.Synthesis: Wide range of tissues and ubiquitous synthesis.Functions: Potent vasodilating and bronchodilating agent. It has also immune modulating, antibacterial and metabolic properties.Physiology: Pleiotropic effects; vascular actions, growth and development, endocrine, renal and innate immunity.Indications: Severity and prognostic marker. Bacterial infection.
Zudaire et al. J Leukoc Biol 2006
Samson et al. Annu Rev Physiol 1999
CopeptinaEstructura: Deriva del mateix precursor que la arginina vasopressina (AVP), però és mésestable i fàcil de detectar.Síntesi: Es produeix a l'hipotàlam.Funció: Regula principalment l’homeòstasi i el sistema cardiovascular, de manera que encondicions infeccioses, hipòxiques o d’hipotensió, la seva producció es veu incrementada.Indicacions: Marcador severitat/ pronostic
Christ-Crain M et al. ERJ 2007; 30:556-573
CD64Estructura: Receptor de membrana (tipus Fcγ -I) que reconeix anticossos tipus IgGSíntesi: S’expressa a monòcits (de forma constitutiva) i a neutròfils (quan han estat activatsper l’IFN-γ, i per G-CSF). Els nivells de CD64 s’incrementen fins a x10, en presencia decitocines pro-inflamatòries.Tècnica de detecció: Citometria de flux. Mostra de sang (50µl) (1h ½).Indicacions:Activació més elevada en infecció sistèmica vs infecció amb afectació local.No discrimina origen bacterià vs viral.Útil per diagnòstic infecció bacteriana. No obstant els estudis estan fets en diferentspoblacions (adults, pediatria, nounats) per tant els cut-off no estan ben definits. A més amés no hi ha estandardització metodològica.En pacients ingressats a UCI, correlaciona amb l’índex APACHE, i amb mortalitat als 28 dies→ pocs estudis sobre la seva utilitat com a biomarcador per valorar el pronòstic.
Altres biomarcadors…
Int J Infect Dis 2013; 17(1):e12-23
Presepsina (sCD14-ST)Estructura: CD14 és una glicoproteïna que s’expressa a monòcits i macròfags.Funció: És el receptor del complexe lipopolisacàrid- lipopolysaccharide binding protein (LPS-LBP). Durant el procés inflamatori,s’alliberen fragments solubles del CD14, i un d’ells s’haidentificat com a presepsina.
Tècnica de detecció: Immunoassaig quimioluminescent en mostra de sang total/ sèrum/ plasma (20 min).Indicacions:Nivells elevats en pacients amb sèpsia i shock sèptic, en comparació amb pacients noinfectats.Correlaciona amb la severitat i mortalitat.En mostres seriades, els nivells es mantenen elevats en pacients amb pitjor pronòstic.→ Calen estudis multicèntrics
Intensive Care Medicine 2015 ;41(1):12-20J Clin Microbiol 2015 ;53(4):1239-44
Soluble triggering receptor expressed on myeloid cells (sTREM-1)Estructura: Membre de la família de les immunoglobulinesSíntesi: S’expressa a neutròfils i macròfags.Funció: Indueix la producció de citocines i quimiocines, contribuint a la respostainflamatòria. També promou la degranulació dels neutròfils.Tècnica de detecció: Mitjançant ELISA. Es pot mesurar en mostra de sang, així com líquidcefaloraquidi, rentat broncoalveolar, i liquid pleural.Nivells més elevats en població pediàtrica/ població adulta.Indicacions:Poca sensibilitat en infecció del tracte urinari.Dades no consistents entre estudis quant a la seva utilitat com a biomarcador diagnòstic ipronòstic → Calen més estudis de validació.
Intensive Care Medicine 2009; 35(4):587-95.
Faix JD. Crit Rev Clin Lab Sci 2013
Soluble urokinase-type plasminogen activator receptor (suPAR)Síntesi: Es troba a la membrana cel·lular de monòcits i macròfags. Durant processosinflamatoris, s’allibera en forma soluble.Funció: Implicat en la migració de les cèl·lules inflamatòries del torrent sanguini cap alsteixitsTècnica de detecció: ELISA. Es pot detectar en sang, orina i líquid cefaloraquídiIndicacions:Correlaciona amb severitat i mortalitatà valor pronósticDeterminacions seriades per valorar resposta al tractament antibiòtic: resultats noconcloents.
Long pentraxin 3 (PTX3)Estructura: Reactiu de fase aguda (estructura similar a la PCR)→ actua com a PRR, unint-se a components específics de fongs, bacteris i virus.Funció: Indueix el procés de fagocitosi unint-se al component C1q del sistema delcomplement.Tècnica de detecció: ELISAIndicacions:En pacients amb CAP, nivells correlacionen amb indexs PSI i APACHE II à valor pronostic(Clin Chem Lab 2013; 51(4):907). En pacients amb confirmació de VAP, els nivells son méselevats. En pacients amb sèpsia severa i xoc sèptic, els nivells persistentment elevatscorrelacionen amb la severitat (Heart Lung 2013; 42(2):139). En pacients amb febre aUrgències, nivells elevats s’associen a ingrés a cures intermitjes i son predictors debacteremia (J Infection 2010; 60(2):122).
Calen més estudis
Endothelial cell specific molecule -1 (ESM-1)/ EndocanEstructura: Proteoglicà de 50KDa.Funció: S’expressa a cèl·lules epitelials, sobretot a pulmó en resposta a citocinesinflamatòries. Marcador de disfunció endotelial i inhibeix el reclutament dels leucòcits.Tècnica de detecció: ELISA sèrum/plasmaIndicacions: Correlaciona amb la severitat de la sèpsia. És marcador de acute respiratorydistress syndrome (ARDS) durant sepsis i nivells baixos a l’ingrés s’associen ambdesenvolupament de acute lung injury.
ETIOLOGY PROGNOSIS
Microbiological diagnosisMicroscopic examination
CultureAntigen detection
Nucleic acid detectionMR-proANP
Copeptin
Endotelin
Acute phasereactant
CRP, PXT3
sCD14-STNeopterin
Procalcitonin
Cytokines
MR-proADM
CD64
suPAREndocan
sTREM-1
Procalcitonin yes yes yesC reactive protein yes yes yesNeopterin yes yes noPro-Adrenomedulin yes yes yesMR-proANP no yes yes
“Tipus” de marcadorsValor diagnòstic: especificitatScreening: sensibilitatMonitorització-estratificació: tractament/pronòsticSurrogate: indicador indirecte d’una intervenció terapèutica
Infeccions fúngiquesInfeccions víriques severes
InmunodepressióInmunosenescència
Influència tractament antibiòtic previInfluència tractament antiinflamatoris
Cost- eficacia per limitar el sobre ús d’antibiòtics
Influència del microorganisme(grampositius i gramnegatius): proteïnes de superfície
i secreció de toxines
Alguns reptes pendents
Importància de l’assaig i del grup d’estudi a l’hora d’establir els cut-offs òptims
à Estudis de validació
Clin Chem 2005; 51: 1823-1829.Clin Chem 2006; 52: 112-119.Clin Chem 2004; 50: 234-236.Clin Chem 2006; 52: 1144-1151.
La determinació de pèptids amb activitat biològica és més dificil per la presènciade receptors, proteases o binding proteins
Mid regional proANP
Neurophysin-2-
CTCT--C-terminalproVasopressin
Vasopressin (AVP) - Copeptin
CT-proAVP
C-terminalPro-Vasopressin
MR-proANPANP
Mid
-1
CTCT--proETproET--11CT-proET -1
Endothelin-1
-1C-terminal pro-Endothelin 1
Mid-
proAdrenomedullin
MRMR--
Adrenomedullin
MR-proADM
Mid-
N- 20 terminal peptide (PAMP)
terminal
Molècules precursores de mediadors
Formes solubles de mediadorssuPARCD14 solublesTREM-1
Mètodes de detecció
Point of care tests
Analitzadors multitest
Control band
Test band
PCT-Q PCT direct
Plasma Yes Yes
Whole blood No Yes (<20µl)
Quantitative result No Yes
Concentration range <0.5 ng/ml0.5 - 2 ng/ml2 - 10 ng/ml
>10ng/ml
0.1 – 10 ng/ml
Quick Yes (30 min) Yes (25 min)
• Influence of temperature on analytical membrane and conjugate solution stability.• Interference of anticoagulants.• Sample aging.• Quality control
Sensibilitat, especificitat i valors de cut offs → assaig i població d’estudi
Modified from Christ-Crain et al. Swiss Med Wkly 2005
Avaluacions POCT
Scandinavian Journal of Clinical & Laboratory Investigation 2013; 73: 627–634
Comparativa entre diferents assajos à important tenir en compte lescaracterístiques dels assajos (límit de detecció, sensibilitat, especificitat,reproducibilitat, interferències)
Combinació de marcadors amb indicacions complementàries Combinació de marcadors i paràmetres clínics
Combinació de marcadors amb índexs ja establerts
Nostra experiència• Score meningitis (EJCMID 2004; 23(2):136)• PCT, CRP, neopterina i pro-ANP en pneumònies (PIDJ. 2003; 22(11):963, J Infect. 2006;
52(3):169, J Infect. 2007;55(5):400, EJCMID 2012; 31(5):825)• Correlació de MRproADM amb índexs de severitat (EIMC. 2014; 32(3):140).• Algoritme predicció bacteremia [Med Clin (Barc). 2010; 135(15):685].• Score complicació cirurgia colorectal
Combinacions en la literatura• CURB65 i adrenomedulina en pneumònies (BMC Infect Dis. 2011;11:112)• PCT y CPIS en pneumònia del ventilat (ICM 2008;34:1434, ERJ 2008;31:356)• SAPSII+proANP, SOFA+proANP (ERJ 2011;37:595)• PCT, sTREM-1, CD64 en pacients crítics (AJRCCM 2012;186:65)• Estudi PERSEVERE, 8 biomarcadors en sèrum (Luminex) i edat
(Crit Care. 2012 ;16(5):R174, PLoS One. 2014 ; 9(1):e86242).
Selecció de pacientsQuin és l’ objectiu de la determinació?Diagnòstic, pronòstic, monitorització?Limitacions de cada marcadorEs important considerar les possibles causes de falsos-positius i falsos-negatius, així com la vida mitja dels diversos marcadors ensèrum/plasma.Cut-offs òptimsVariaran en funció dels context clínic, l’edat, l’extensió de la infecció ila presencia de comorbilitats.
Determinacions seriadesCombinació de marcadors
Factors depenents del microorganisme
ResultatsConsideracions finals
Valor complementari als paràmetres clínics i microbiològics per a l’orientació diagnòstica i terapèutica.
Els biomarcadors son una eina complementaria als paràmetres clínics imicrobiològics en el maneig dels pacients amb infecció severa.
Per a un ús òptim dels biomarcadors, es important tenir en compte les principalsindicacions i limitacions, així com la influència de l’edat, les comorbilitats, aixícom els tractaments previs.
La combinació de paràmetres clínics i analítics en forma de score pot resultar demajor utilitat pràctica.
La combinació de biomarcadors que reflexen etiologia juntament amb els quereflexen severitat, així com la seva determinació seriada poden ser útils en elmaneig inicial, monitorització i seguiment de teràpies antibiòtiques iinmunomoduladores.
Els assajos automatitzats son sensibles, però tests ràpids per la valoració point ofcare poden ser una alternativa interessant per al maneig inicial.
Conclusions
Biomarcadors d’infecció
Alicia LacomaServei de MicrobiologiaHospital Universitari Germans Trias i Pujol
Societat Catalana de Malalties Infecciosesi Microbiologia ClínicaAbril [email protected]