Ontwikkeling van een nieuwe strategie om sepsis vroeg te herkenning

Sepsis wordt gedefinieerd als een levensbedreigende orgaanstoornis veroorzaakt
door een ontregelde gastheerrespons op infectie. Het komt voor bij mensen van
alle leeftijden, met aanzienlijke morbiditeits- en sterftecijfers in Canada en
de rest van de wereld (Singer, 2016). Sepsis is ook een van de belangrijkste
doodsoorzaken op volwassen leeftijd, maar vooral bij ouderen (Starr, 2014). De
Surviving Sepsis Campaign schat dat het jaarlijks ongeveer 5 miljoen
sterfgevallen veroorzaakt. Momenteel duurt een microbiologische diagnose
minstens 30 uur nodig en worden clinici gedwongen om empirisch te behandelen
met antibiotica tijdens het wachten op resultaten. In 30-50% van de gevallen
worden retrospectieve initiële antibiotica als ontoereikend erkend. Dit komt
deels omdat 'laatste lijn' antibiotica niet worden aanbevolen als onderdeel van
de initiële therapie, omdat dit zou leiden tot een toename van de prevalentie
van organismen die resistent zijn tegen deze cruciale antibiotica. De huidige
klinische diagnostische methoden zijn niet alleen variabel en subjectief (Rhee,
2016), maar ze zijn ook ongevoelig: bij de helft van de septische patiënten
wordt nooit een veroorzakend organisme gevonden. Naar onze mening is deze
benadering van diagnose en behandeling van sepsis onaanvaardbaar, aangezien het
risico van overlijden elk uur met 8% toeneemt dat ongepaste antibiotica worden
gebruikt.

Bovendien is na de eerste sterke ontstekingsreactie op primaire infectie de
volgende fase van ziekte bij septische patiënten een diepe immuunsuppressie,
die is gekoppeld aan een biologisch fenomeen dat bekend staat als
endotoxinetolerantie of "cellular reprogramming" (CR). Beeson (Beeson, 1946)
meldde CR voor het eerst in 1946 als het afnemen van de koortsreactie van
konijnen die herhaalde dagelijkse injecties van dezelfde dosis tyfusvaccin
hadden ondergaan. Vervolgens werd gevonden dat neutrofielen en monocyten
geïsoleerd uit later stadium septische patiënten een staat van
hyporesponsiviteit vertoonden, inclusief de afwezigheid van pro-inflammatoire
cytokineproductie en lage niveaus van HLA-DR-expressie, en dat deze patiënten
niet in staat zijn om zich verdedigen tegen secundaire infecties. Evenzo hebben
patiënten die acute septische shock overleven, tekortkomingen in de activatie
van monocytencellen die twee weken (of langer) aanhouden. CR omvat een
suppressief effect geïnduceerd door blootstelling aan meer dan één dosis
microbiële signatuurmoleculen zoals endotoxine / lipopolysaccharide (of de
bacteriën die deze bevatten). Deze moleculen in een enkele dosis zijn krachtige
inductoren van ontsteking. Later werd vastgesteld dat herhaalde doses van
verschillende microbiële moleculen die ontstekingen induceren, kunnen leiden
tot dezelfde onderdrukkende effecten en daarom wordt het fenomeen correcter
cellulaire herprogrammering (CR) genoemd. Belangrijke aspecten van het
CR-fenotype zijn: (i) een onvermogen van cellen om te reageren op gerelateerde
stimuli (immuun-amnesie) (Biswas, 2009), (ii) kruistolerantie voor andere
bacteriële signatuurmoleculen, en (iii) de lange duur van de opnieuw
geprogrammeerde cellen in overeenstemming met de lange termijn aard van sepsis.

In deze fase van CR tijdens sepsis kunnen dodelijke secundaire infecties
voorkomen die een aanjager van sterftecijfers worden, maar clinici hebben geen
middel gehad om te identificeren wanneer immuunonderdrukking echt voorkomt
(Zhao, 2016) en na tientallen jaren van onderzoek konden clinici niet
voorspellen wanneer een septische patiënt zal overgaan naar een
immunosuppressieve toestand die een snelle klinische verslechtering signaleert.
In onze poging om dit te onderzoeken, hebben we CR- en
ontstekingshandtekeningen gedefinieerd met behulp van transcriptomics op
mononucleaire cellen van humane vrijwilligers uit perifeer bloed, die
respectievelijk eenmalig (inflammatoir) of tweemaal (CR) met endotoxine (LPS)
(Pena, 2011) werden uitgedaagd. In een vervolgstudie hebben we de sterke
aanwezigheid van een genexpressiehandtekening van CR aangetoond. Onze
conclusies werden geïnformeerd door zowel een meta-analyse van 592 patiënten,
waaronder zowel pediatrische als volwassen sepsis-cohorten, en door een eerste
enkelblinde observationele klinische studie bij volwassen patiënten op de
afdeling spoedgevallen (72 patiënten), bij de eerste klinische presentatie.
Deze observaties zijn fundamenteel en nieuw. Met dit project is ons hoofddoel
om een **validatiefase uit te voeren met een groter cohort, in een multicenter,
internationaal onderzoek. De resultaten van deze studie zullen enorme
implicaties hebben in de behandeling van sepsis, met betrekking tot vroege
diagnose en prognose, evenals het ondersteunen van vroege toepassing van
geschikte therapieën waaronder antimicrobiële en niet-farmaceutische
(bijvoorbeeld immuunmodulerende) strategieën.

Om de reproduceerbaarheid van de eerder geïdentificeerde "cellular
reprogramming" profiel van sepsis bij deelnemers uit verschillende
leeftijdsgroepen te valideren en aan te tonen. De validatie studie zal ook
leiden tot verfijning van de geidentificeerde biomarkers voor patienten met
sepsis. De systeem-biologie analyse zal vermoedelijk leiden tot meer inzicht in
de pathofysiologie van sepsis, door bevindingen op het niveau van het
transcriptoom te associëren met variatie in het genoom en proteoom.

Deze studie is opgezet als een multicenter prospectieve cohortstudie, waarin
elk centrum naar verwachting 100 proefpersonen en 10 controles zullen
includeren. Transcriptome analyse zal uitgevoerd worden op het bloedmonster
verzameld bij presentatie op de spoedeisende hulp (SEH); deze bevindingen
zullen worden geassocieerd met klinische parameters van sepsis. In een subset
van 50 patienten met sepsis zullen de transcriptoom vervanderingen gerelateerd
worden aan variatie in het genoom en veranderingen in het proteoom.

Groepen:
- Sepsis (n = 1000, waarvan n = 100 geincludeerd worden in het UMCG
- Chirurgie (controlegroep, n = 100, waarvan n = 10 geincludeerd worden in het
UMCG)

Studiefasen:
Fase 1. verfijning van het CR genexpressie-profiel
Fase 2. validatie van het CR genexpressie-profiel
Fase 3. systeem-biologie analyse van het CR genexpressie-profiel

Opmerking: elke studiefase heeft een specifiek doel; om deze doelstellingen te
beantwoorden zullen de gegevens en de bloedmonsters verzameld van beide
studiegroepen in twee fasen worden geanalyseerd; de derde fase omvat alleen
patiënten met sepsis.

Studiedeelnemers wordt gevraagd om bloed te geven door middel van een (minimaal
invasieve) venapunctie tijdens hun verblijf op de SEH; deze bloedafname wordt
gecombinbeerd met het verzamelen van bloed voor de normale routine onderzoeken,
om het ongemak zoveel mogelijk te beperken voor de studiedeelnemer. Deelnemers
zullen zelf niet direct kunnen profiteren van de resultaten. De resultaten
kunnen echter van groot belang zijn om de snelheid en nauwkeurigheid van de
diagnose bij patiënten met sepsis te verhogen.