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Jun 16, 2023

Durch die Automatisierung mikrobiologischer Labore gelangen Ärzte schneller zu Infektionsergebnissen

Das Mikrobiologieteam im klinischen Labor des UCHealth University of Colorado Hospital auf dem Anschutz Medical Campus war schon immer eine fleißige Gruppe, und das mussten sie auch. Jeden Tag ungefähr

Das Mikrobiologieteam im klinischen Labor des UCHealth University of Colorado Hospital auf dem Anschutz Medical Campus war schon immer eine fleißige Gruppe, und das mussten sie auch.

Jeden Tag treffen etwa 650 Patientenproben von Blut, Urin und anderen Körperflüssigkeiten per Rohrpost und Speiseaufzug aus allen Ecken des University of Colorado Hospital sowie von Satellitenkrankenhäusern und Kliniken ein. Es folgt ein aufwendiger, mehrstufiger Prozess, der Ärzte dabei unterstützen soll, die Krankheitsursache zu identifizieren und Dosen von Antibiotika, Antimykotika und anderen Behandlungen vorzuschlagen, die den Patienten helfen, die ansonsten lebensbedrohlichen Infektionen zu besiegen.

Seit Jahrzehnten ist es ein manueller Prozess. Jetzt gibt es Kiestra.

Kiestra ist ein elegantes Mikrobiologie-Laborautomatisierungssystem des in New Jersey ansässigen Unternehmens BD. Die Ankunft im Juli 2022 kam zur rechten Zeit. Die Nachfrage nach der Expertise des Mikrobiologielabors ist seit mehr als einem Jahrzehnt um etwa 10 % pro Jahr gestiegen, und ein Ende ist nicht in Sicht, sagt Veronica Broslawik, die Leiterin des Labors.

Der kürzlich eröffnete neue stationäre Turm wird 215 Betten zu den 678 in den beiden bestehenden stationären Türmen der University of Colorado hinzufügen, wenn er im nächsten Jahr vollständig besetzt ist. Darüber hinaus herrscht landesweit ein anhaltender Mangel an Fachkräften für Mikrobiologielabore.

Laut Broslawik zahlt sich die Investition von UCHealth in Kiestra in Höhe von rund 3 Millionen US-Dollar bereits aus.

„Die Mikrobiologie befindet sich in ihrer Renaissance oder ihrer industriellen Revolution“, sagt sie. „Wir sind in der Lage, diese Technologien zu nutzen, die noch nie in der Praxis eingesetzt wurden.“

Der Arbeitsablauf des Mikrobiologielabors vor der Renaissance verlief ungefähr wie folgt. Die Proben kamen in Reagenzgläsern an. Das Personal der Mikrobiologie untersuchte jede Probe kurz unter dem Mikroskop, um festzustellen, ob es offensichtliche Infektionen gab. Wenn ja, können sie dem Arzt mitteilen, ob es sich um Serratia marcescens, Pseudomonas aeruginosa, Escherichia coli oder einen von vielen anderen unerwünschten Körpereindringlingen handelt. Aber das war nur Triage.

Einige Reagenzgläser wurden in scheinbar sechs großen Kühlschränken inkubiert, werden aber tatsächlich bei 98,6 Grad Körpertemperatur gehalten. Andere wurden per Hand auf mit Wachstumsmedium beimpfte Agarplatten pipettiert. Unter der Annahme, dass es sich um Bakterien oder Hefen handelte (Pilze, die seltener vorkommen, nahmen einen anderen Weg), wurden die Agarplatten von Hand zu einem anderen Inkubator getragen, wo sie die nächsten 18 bis 24 Stunden damit verbrachten, die Käfer zu vermehren.

Die Agarplatten landeten dann in hohen Stapeln auf den Schreibtischen von Mikrobiologie-Laborexperten, die sie mit Mikroskopen untersuchten und absprachen, was auf den Platten passierte – wenn überhaupt etwas passierte – und was ein Arzt dagegen verschreiben sollte .

Einige Proben wurden zu einem MALDI-TOF-Massenspektrometer von Bruker geleitet, das Mikroben identifizieren konnte, indem es bestimmte, wie Licht von ihren vielen Proteinen reflektiert wird. Diese Ergebnisse würden auch den Ärzten auf den Etagen mitgeteilt.

Bei Kiestra sind die Abläufe größtenteils gleich. Sie sind einfach stärker automatisiert. Kiestra übernimmt für die meisten Proben das Pipettieren in die Agarplatten. Über blaue Förderbänder werden die Platten an ein intelligentes Inkubations- und Bildgebungssystem 0Kiestra ReadA Compact weitergeleitet. Hierbei handelt es sich um ein geschlossenes System, das zunächst inkubiert, dann bis zu 22 Fotos mit jeweils 25 Megapixeln aufnimmt und so hochdetaillierte zusammengesetzte Bilder erstellt, die Mikrobiologen dann auf einem Bildschirm betrachten und nach Belieben schwenken und zoomen können.

Dieser geschlossene Kreislauf sei wichtig, sagt Broslawik. Das unvermeidbare, ständige Öffnen und Schließen der Inkubatortüren senkt die Temperatur und verlangsamt das mikrobielle Wachstum. Kiestra verkürzt die Inkubationszeit um sechs bis acht Stunden.

„Wir haben die Zeit, die unsere Patienten auf die Ergebnisse warten, erheblich verkürzt“, sagt Broslawik.

Das MALDI-TOF identifiziert immer noch seine Mikroben, wurde aber durch ein Kiestra-Modul ergänzt, das verschiedene Antibiotika und Antibiotikadosen in Proben testen kann, um herauszufinden, was die Mikroben abtötet – in der Branche als „Anfälligkeit“ bekannt. Diese Kombination aus Schnelligkeit und besseren Informationen in den Händen des Arztes „kann absolut lebensrettend sein“, sagt Broslawik.

Mitglieder des 43-köpfigen Mikrobiologie-Laborteams sind Fans des neuen Systems. Liz Kassner, Leiterin eines Mikrobiologielabors in ihrem 43. Jahr im Labor, sagt, dass auf diesem Gebiet Veränderungen stattfinden, und zwar zum Besseren.

„Die Technologie, die in den letzten Jahren entstanden ist, ist einfach erstaunlich“, sagt sie. „Kiestra passt genau da hinein.“

Durch die Automatisierung kann sie sich auf das konzentrieren, was sie als ihre Hauptaufgabe ansieht: ihre Fähigkeiten und ihre langjährige Erfahrung zu nutzen, um anderen die Feinheiten der Identifizierung oft seltener Fehler beizubringen.

„Unsere Patienten sind sehr, sehr kompliziert. „Die Arten von Organismen, die wir isolieren, sind ungewöhnlich“, sagt Kassner. „Solche Organismen würde man in einem Gemeinschaftskrankenhaus nicht sehen“

Emilie Predota, Leiterin eines Mikrobiologielabors, die seit neun Jahren im Labor arbeitet, ändert die Helligkeit einer Probe aus einer Urinkultur, die Kiestra an ihren Bildschirm geschickt hat, zoomt hinein und markiert Bakterienkolonien mit einem Klick-Klick-Klick. Auf ihrem Schreibtisch ist keine Agarplatte zu sehen.

„Ich denke, es hat uns effizienter gemacht, Ärzten ihre Ergebnisse zu liefern“, sagt Predota.

Michael Scheu, ein leitender Wissenschaftler im medizinischen Labor, sagt, dass Kiestra die Konsistenz und Effizienz verbessert und es dem Labor gleichzeitig ermöglicht, mit weniger mehr zu erreichen.

„Ich glaube, die Leute befürchten, dass sie arbeitslos werden, wenn das Wort ‚Automatisierung‘ fällt“, sagt Scheu. „Aber die Wahrheit ist, dass wir einen dritten Turm eröffnen. Unsere Arbeitsbelastung nimmt nicht ab. Wir alle brauchen Unterstützung für die Arbeit, die wir leisten.“

Broslawik stimmt zu.

„Dadurch werden die Dinge mit geringer Wertschöpfung weggelassen, sodass wir uns auf die Dinge konzentrieren können, für die wir als Mikrobiologen ausgebildet werden“, sagt sie.