Szybsza diagnostyka sepsy dzięki technologii AI i mikroprzepływom

Nowa metoda diagnostyczna umożliwia wcześniejsze potwierdzenie zakażenia sepsą, skracając kluczowe godziny w „wyścigu z czasem” o życie pacjentów.

Jak informuje zespół z Królewskiego Instytutu Technologicznego w Sztokholmie (KTH Royal Institute of Technology) i Uniwersytetu w Uppsali, proces diagnostyczny opisany w czasopiśmie Nature Publishing Journal Digital Medicine stanowi szybszą alternatywę dla rutynowej hodowli bakterii stosowanej w szpitalach do identyfikacji podejrzanych zakażeń krwi.

Metoda wykorzystuje wirówkę do oddzielania bakterii od krwinek oraz automatyczną mikroskopię do ich wykrywania. Dzięki oprogramowaniu opartemu na sztucznej inteligencji możliwe jest potwierdzenie obecności bakterii nawet w ciągu dwóch godzin – wyjaśnia doktorantka Henar Marino Miguelez z KTH, współautorka pracy wraz z Mohammad Osaidem.

Dla porównania, laboratoria szpitalne potrzebują co najmniej doby inkubacji, zanim bakterie w hodowli krwi zaczną ujawniać swój wzrost.

„Diagnozowanie sepsy to wyścig z czasem” – podkreśla Marino Miguelez. – „Z każdą godziną opóźnienia w leczeniu pacjentów we wstrząsie septycznym szanse przeżycia maleją o 8 procent.”

Szybka identyfikacja patogenów umożliwia wcześniejsze włączenie odpowiedniego leczenia antybiotykowego – dodaje prof. Wouter van der Wijngaart z KTH, kierujący badaniami w zakresie mikroprzepływów i systemów biomedycznych.

Standardowo w przypadku podejrzenia sepsy pacjent otrzymuje antybiotyk o szerokim spektrum działania – do czasu ustalenia konkretnego patogenu. Takie postępowanie niesie jednak ryzyko związane z toksycznością leku, niszczeniem korzystnych bakterii jelitowych oraz przyspieszeniem rozwoju szczepów opornych na antybiotyki.

„Szpital potrzebuje dwóch do czterech dni, aby mieć pewność, jakim antybiotykiem leczyć zakażenie krwi. My chcemy skrócić ten czas do czterech–sześciu godzin” – podkreśla van der Wijngaart.

W testach z użyciem próbek krwi z dodatkiem bakterii system skutecznie wykrywał E. coli, K. pneumoniae i E. faecalis w klinicznie istotnych stężeniach, nawet przy 7–32 jednostkach tworzących kolonie na mililitr krwi.

Metoda nie była natomiast skuteczna wobec Staphylococcus aureus, który ukrywa się w skrzepach krwi. Zespół badawczy pracuje nad rozwiązaniem tego ograniczenia.

Technika wykorzystuje tzw. „inteligentną wirowanie”, które polega na odwirowaniu próbki krwi z dodatkiem czynnika powodującego unoszenie się bakterii ku górze, podczas gdy krwinki opadają na dno. W rezultacie powstaje przejrzysta warstwa płynu zawierająca bakterie bez obecności krwinek. Ta frakcja trafia następnie do mikroczipu z siecią mikrokanałów, gdzie bakterie zostają wychwycone w mikropułapkach. Ich wzrost jest natychmiast rejestrowany w obrazach mikroskopii poklatkowej analizowanych przez oprogramowanie z elementami uczenia maszynowego.

Praca była wynikiem współpracy zespołu prof. van der Wijngaarta z KTH oraz grup badawczych Johana Elfa i Caroliny Wählby z Uniwersytetu w Uppsali.

Źródło: npj Digital Medicine, Culture-free detection of bacteria from blood for rapid sepsis diagnosis
DOI: http://dx.doi.org/10.1038/s41746-025-01948-w