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Automazione in microbiologia: nuovi flussi organizzativiAutomazione in microbiologia: nuovi flussi organizzativi

Gian Maria Rossolini

Dip. Medicina Sperimentale e Clinica

Università di Firenze

Dip. Biotecnologie Mediche

Università di SienaUniversità di Siena

SODc Microbiologia e Virologia

A.O.U. Careggi, Firenze

Dichiarazione su potenziali conflitti di interessi

– Pfizer

– AstraZeneca

– Novartis

– Cubist

– bioMérieux

– Becton-Dickinson

– Curetis

– Estor

Consulenze, partecipazione advisory boards, speaker’s bureau,

contratti e contributi di ricerca

– Cubist

– Angelini ACRAF

– Menarini

– Achaogen

– Rempex / TMC

– Durata

– Estor

– Medivir

– Biotest

– Basilea

– VenatorX

– Alifax

Cosa sta cambiando in Microbiologia Clinica? Cosa sta cambiando in Microbiologia Clinica?

� Quesiti diagnostici di crescente complessità

� Pazienti sempre più complessi (invecchiamento,

co-morbosità, nuove terapie che aumentano la

popolazione a rischio)

� Repertorio di patogeni sempre più ampio (nuovi

Quesiti diagnostici di crescente complessitàQuesiti diagnostici di crescente complessità


patogeni, patogeni riemergenti, patogeni multi- /

ultra-resistenti – MDR/XDR)

Esempi di patogeni Gram-negativi ultraresistenti

AntibioticoMIC mg/L

(S/I/R)

Pip/Tazo >128 R

Ceftazidime 64 R

Cefepime 64 R

Aztreonam >64 R

Imipenem 32 R

Meropenem 16 R

AntibioticoMIC mg/L

(S/I/R)

Imipenem >32 R

Meropenem 64 R

Amikacina 32 R

Gentamicina >16 R

Ciprofloxacina >32 R

TMP/SMZ >320 R

AntibioticoMIC mg/L

(S/I/R)

Amoxi/Clav >64 R

Pip/Tazo >256 R

Ceftriaxone >64 R

Ceftazidime >64 R

Cefepime >64 R

Ertapenem >32 RMeropenem 16 R

Amikacina >64 R

Gentamicina >32 R

Ciprofloxacina >32 R

Colistina 1 S

XDR Pseudomonas aeruginosa

TMP/SMZ >320 R

Colistina 1 S

Carbapenem-R

Acinetobacter

Ertapenem >32 R

Imipenem >32 R

Meropenem >32 R

Fosfomicina >128 R

Amikacina >64 R

Gentamicina 1 S

Ciprofloxacina >4 R

Tigeciclina 1 S

Colistina >8 R

Carbapenem-R

Klebsiella pneumoniae









� Crescente richiesta per sorveglianza pro-attiva

delle colonizzazioni da patogeni MDR

Nasofaringe

- MRSA

Intestino

- CRE

- VRE

Sorveglianza pro-attiva di patogeni MDRSorveglianza pro-attiva di patogeni MDR

Cute

- VRE

- MRSA

- CRA











- X Infection control

- X Gestione del paziente

35

40

45

Pe

rce

nt

of

colo

niz

ed

pa

tie

nts

sub

seq

ue

ntl

y i

nfe

cte

d

0

5

10

15

20

25

30

35

Pe

rce

nt

of

colo

niz

ed

pa

tie

nts

sub

seq

ue

ntl

y i

nfe

cte

d

Autologous Allogeneic







� Antibiogramma: nuovi farmaci, MIC estese, test di

sinergia per patogeni XDR





Time-kill assays

Double-disk

Etest methods

Test per valutare il

sinergismo tra

Checkerboard assay

sinergismo tra

antibiotici


� Nuove tecnologie diagnostiche


- RT-PCR / DNA microarrays

- MALDI-TOF- MALDI-TOF

- Image analysis / time-lapse microscopy

- Next Generation Sequencing


� Nuove tecnologie diagnostiche


- RT-PCR / DNA microarrays

- MALDI-TOF

� Richiesta crescente di ridurre i tempi di

risposta e di ottimizzare l’uso delle risorse

disponibili (maggiore efficienza)

- MALDI-TOF

- Image analysis / time-lapse microscopy

- Next Generation Sequencing

L’automazione in diagnostica microbiologicaL’automazione in diagnostica microbiologica

- Aumento dell’efficienza dei processi

diagnostici

- Migliore tracciabilità e monitoraggio dei

processi diagnostici

Obiettivi

processi diagnostici

- Ridefinizione competenze ed attività

professionali

- Revisione flussi organizzativi

Ricadute

Diversi livelli di automazione in medicina di laboratorioDiversi livelli di automazione in medicina di laboratorio

L’automazione in diagnostica microbiologica:

le sfide tecnologiche



- Diversità dei materiali da analizzare





- Diversità delle metodologie analitiche

Microscopia

Immunofluorescenza

Esame colturale

Immunocromatografia

Ibridazione in situ

RT-PCR





- Diversità dei terreni utilizzati per gli esami colturali





- Saggi di sensibilità agli antimicrobici





Spettrometria di massa MALDI-TOF

- Integrazione con nuove tecnologie

� Identificazione rapida di batteri e miceti

� Tipizzazione isolati microbici

� Saggio di determinanti di resistenza





- Integrazione con nuove tecnologie

Next

Generation

SequencingSequencing

� Tipizzazione isolati da outbreak ospedalieri

Snitkin et al. Sci Transl Med 2012

� Analisi del resistoma e clonal profiling

2014

� Analisi del microbioma (procedure di FMT)

L’automazione in diagnostica microbiologicaL’automazione in diagnostica microbiologica

Automazione di singoli processi

Revisione dei

Total Lab Automation

Automazione di gruppi di processiRevisione dei

flussi organizzativi

Automazione di singoli processi:

sistemi automatici per l’antibiogramma

Automazione di singoli processi:

semina automatica del campione

Estrazione

Campione

Automazione di gruppi di processi:

estrazione e PCR setup (biologia molecolare)

PCR set up

Real-time PCR


identificazione microbica (e antibiogramma molecolare)

multiplexed RT-PCR

microarrays

TAT 1 – 3 hTAT 1 – 3 h

- ID agenti più frequenti di sepsi (e anche qualche gene di

antibiotico-resistenza): da emocoltura positiva

- ID di virus e batteri atipici: da campioni respiratori

- ID di virus e batteri enteropatogeni: da campioni fecali

Workflow emocolture positive - Microbiologia AOUC

Emocoltura positiva

Gram

Semina su piastra

30 min

TTRTTR

30 min

ID (MALDI)4 - 5 h

Antibiogramma

Meccanismi R20 - 24 h

ID (MALDI) 16 - 20 h

Antibiogramma

Meccanismi R

40 - 48 h

Sta

nd

ard

tra

ck

Fast

tra

ck

Workflow emocolture positive - Microbiologia AOUC

Emocoltura positiva

Gram

Semina su piastra

30 min

TTRTTR

30 min

Ematologia

TMO, ICU

molecular ID

Mo

lecu

lar

tra

ck

ID (MALDI)4 - 5 h

Antibiogramma

Meccanismi R20 - 24 hFa

st t

rack

2 hmolecular ID

R genes

(mec, van,

carba)

Mo

lecu

lar

tra

ck

Molecular track in oncoematologia(settembre-ottobre 2014 – N=19 episodi batteriemici)

� TTP medio emocolture = 12 ore

� TTR medio ideale = 14,30 ore

TTR medio reale = 22 ore� TTR medio reale = 22 ore

Importanza di apertura 24/7

Campione

Immobilizz.

ATB in < 5 h


identificazione microbica e antibiogramma

Immagine in microscopia

time-lapse

prepar.

Immobilizz.

Gel Electrofiltration Electrokinetic

Concentration

Automated Imaging and

Data Analysis

ID quantitativa mediante fluorescence in situ hybridization

Imaging delle cellule ed analisi della crescita in seguito

ad esposizione ad antibiotici

17 targets covering

pathogens responsible

for most (85-90%) of

sepsis cases

Universal Probe Target Probe Image Analysis

ad esposizione ad antibiotici

Hours

LN(Clone

Intensity)

Hours

LN(Clone

Intensity)

Campione

ATB in < 5 h


identificazione microbica e antibiogramma

prepar.

Immobilizz. ID in 1 h

Sistema automatico di

Brodo selettivo

Tampone rettale


screening di tamponi rettali per CRE

Conferma 16 – 20 ore

Sistema automatico di

monitoraggio della

crescita e piastratura

su terreno selettivo

NEGATIVO 8 hPOSITIVO 4-8 h

Verso la total lab automation

Total Lab Automation e flussi organizzativi in batteriologiaTotal Lab Automation e flussi organizzativi in batteriologia

� Diagnostica per campione

� Diagnostica per paziente� Diagnostica per paziente

� Telemicrobiologia

- integrazione con altri parametri

- diagnosi personalizzata

Scultsz et al – Lancet ID 2014

Conclusioni Conclusioni

- Molti cambiamenti nella diagnostica microbiologica

(maggiore complessità, nuove tecnologie, risorse

contratte)

- Automazione in microbiologia clinica (difficoltà ma

soluzioni possibili a vari livelli)

- Necessità / opportunità di rivedere i flussi organizzativi

nel laboratorio

- Verso la diagnostica per paziente (personalizzazione) e la

differenziazione dei processi per “intensità di cura”

- Ridefinizione competenze ed attività professionali

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