Využití nekultivačních metod pro optimalizaci diagnostiky invazivních mykotických infekcí z tekutiny získané bronchoalveolární laváží u imunokompromitovaných nemocných

MUDr. Barbora Weinbergerová, Ph.D.

Doctoral thesis

Non-culture-based methods utilization to optimize the diagnosis of invasive fungal diseases from bronchoalveolar lavage fluid in immunocompromised patients

Abstract:

Invazivní mykotické infekce (IMI) představují jednu z hlavních příčin morbidity a mortality u vysokorizikových imunokompromitovaných pacientů. Přestože je v současné době dostupná řada potentních antimykotik, úspěšnou léčbu IMI často brzdí omezené diagnostické možnosti. Následné zdržení do zahájení antimykotické léčby představuje důležitý faktor přispívající ke zhoršenému přežívání imunokompromitovaných pacientů. Klinické symptomy a nálezy na zobrazovacích vyšetřeních jsou nespecifické a diagnostika IMI se tak opírá o stanovení míry pravděpodobnosti na základě splnění hostitelských, mikrobiologických a klinických kritérií. Konvenční cytologické, kultivační a histologické metody vykazují nízkou senzitivitu v časných fázích IMI na rozdíl od nekultivačních metod, které představují na jedné straně sérologickou detekci antigenů buněčné stěny hub, především galaktomananu (GM) a 1,3-beta-D-glukanu (BDG), na druhé straně detekci mykotických nukleových kyselin pomocí molekulárně-biologických metod. Předkládaná disertační práce představuje komentovaný soubor publikačních výstupů analyzujících a hodnotících využití nekultivačních diagnostických metod s cílem optimalizace včasné diagnostiky IMI u imunokompromitovaných pacientů. Potvrdili jsme zásadní roli stanovení GM ze séra a tekutiny bronchoalveolární laváže (BAL) v diagnostice plicní invazivní aspergilózy (IA), přičemž výše indexu pozitivity GM souvisí s typem postižení na HRCT plic a pokročilostí infekce. V případě predikce IA pomocí BDG v séru a tekutině BAL jsme identifikovali přijatelnou senzitivitu, specificitu a poměr diagnostických šancí, avšak nízkou pozitivní prediktivní hodnotu testu. Kombinace obou materiálů, ani nový optimální cut-off BDG nevedly k signifikantnímu zlepšení kvality testu v diagnostice IA. Vyšší absolutní počet neutrofilů v době BAL a vyšší aspirovaný objem tekutiny BAL významně snížily výkonnost testu BDG. Test BDG v predikci pravděpodobné a jisté IA nepřekonal parametry testu GM. Do rutinní klinické praxe jsme zavedli rychlou detekci a identifikaci mykotického patogenu v tekutině BAL pomocí panfungální PCR kombinované metodou HRM analýzy. Vlastními výsledky předkládané disertační práce byly naplněny všechny její vytýčené cíle se zásadním přispěním k optimalizaci diagnostiky IMI pomocí nekultivačních metod u imunokompromitovaných nemocných.

Abstract:

Invasive fungal diseases (IFD) are principal causes of morbidity and mortality among high-risk immunocompromised patients. Although several potent antifungals are currently available, successful IFD treatment is often hampered by limited diagnostic options. Subsequent delay with initiation of antifungal therapy is a significant factor contributing to the impaired survival of immunocompromised patients. Clinical symptoms and imaging findings are non-specific, and IFD diagnosis is based on the determination of probability degree according to fulfillment of host, microbiological and clinical criteria. Conventional cytological, culture, and histological methods indicate low sensitivity in the early stages of IFD unlike non-culture-based methods, which represent both serological detection of fungal cell wall antigens, especially galactomannan (GM) and 1,3-beta-D-glucan (BDG) and, conversely, the detection of fungal nucleic acids by molecular biological methods. This doctoral thesis assembles an annotated set of publications analyzing and evaluating the use of non-culture based diagnostic methods with the aim of optimizing early IFD diagnosis in immunocompromised patients. Confirming the crucial role of galactomannan (GM) determination from serum and bronchoalveolar lavage (BAL) fluid in the diagnosis of invasive pulmonary aspergillosis (IPA), we recognized a correlation between GM positivity index and the type of imaging finding. In the case of IPA prediction using BDG in serum and BAL fluid, we identified an acceptable sensitivity, specificity, and diagnostic odds ratio, albeit with a low positive predictive test value. Neither the combination of both materials nor the new BDG optimal cut-off led to a significant improvement in IFD diagnosis test quality. Both the higher absolute neutrophil count at the time of BAL and the higher aspirated BAL fluid volume significantly exacerbated BDG assay performance. Regarding probable and proven IPA prediction, the BDG test did not surpass the GM test. Consequently, we've introduced into routine clinical practice the rapid detection and identification of a fungal pathogen in BAL fluid using panfungal PCR combined with HRM analysis. Our doctoral thesis objectives were realized with establishment of a fundamental contribution to the optimization of IFD diagnostics using non-culture-based methods in immunocompromised patients.

Keywords

Invazivní mykotické infekce, nekultivační diagnostika, galaktomanan, 1, 3-beta-D-glukan, PCR, BAL tekutina, sérum, imunokompromitovaný pacient

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 17. 2. 2021

Thesis defence

• Date of defence: 4. 6. 2021
• Supervisor: prof. MUDr. Jiří Mayer, CSc.
• Reader: prof. MUDr. Filip Růžička, Ph.D., prof. MUDr. Edgar Faber, CSc.

Masaryk University

Faculty of Medicine

Doctoral programme / field:
Oncology and Hematology / Hematology