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Blut-Schnelltest identifiziert COVID-19-Patienten mit hohem Risiko für schwere Erkrankung
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Der Bluttest misst den Gehalt an mitochondrialer DNA, ein Zeichen für Zelltod und Hyperinflammation
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Einer der ärgerlichsten Aspekte der COVID-19-Pandemie ist, dass Ärzte nicht vorhersagen können, welche neu ins Krankenhaus eingelieferten Patienten später eine schwere Krankheit entwickeln werden, einschließlich Komplikationen, die das Einsetzen eines Beatmungsschlauchs, eine Nierendialyse oder andere intensive Pflege erfordern. Das Wissen über das Alter eines Patienten und die zugrunde liegenden medizinischen Bedingungen kann helfen, solche Ergebnisse vorherzusagen, aber es gibt immer noch Überraschungen, wenn jüngere, scheinbar gesündere Patienten schwere Komplikationen erleiden, die zum Tod führen können.
Jetzt haben Wissenschaftler der Washington University School of Medicine in St. Louis gezeigt, dass ein relativ einfacher und schneller Bluttest vorhersagen kann, welche Patienten mit COVID-19 das höchste Risiko für schwere Komplikationen oder den Tod haben - und zwar innerhalb eines Tages nach der Einlieferung ins Krankenhaus.
An der Studie, die am 14. Januar 2021 in JCI Insight veröffentlicht wurde, nahmen fast 100 Patienten teil, die mit COVID-19 neu ins Krankenhaus eingeliefert wurden.
Der Bluttest misst den Gehalt an mitochondrialer DNA, einer besonderen Art von DNA-Molekülen, die sich normalerweise in den Energiefabriken der Zellen befinden. Mitochondriale DNA, die aus den Zellen in den Blutkreislauf austritt, ist ein Zeichen dafür, dass eine bestimmte Art von gewaltsamem Zelltod im Körper stattfindet.
"Ärzte brauchen bessere Werkzeuge, um den Status von COVID-19-Patienten so früh wie möglich zu beurteilen, weil viele der Behandlungen - wie monoklonale Antikörper - knapp sind, und wir wissen, dass einige Patienten ohne intensive Behandlungen wieder gesund werden", sagte Co-Senior-Autor Andrew E. Gelman, PhD, der Jacqueline G. und William E. Maritz Stiftungslehrstuhl für Immunologie und Onkologie in der Abteilung für Chirurgie.
"Es gibt so viel, was wir noch nicht über diese Krankheit verstehen", fügte er hinzu. "Insbesondere müssen wir verstehen, warum einige Patienten, unabhängig von ihrem Alter oder der zugrundeliegenden Gesundheit in einigen Fällen, in diese hyperinflammatorische Todesspirale geraten. Unsere Studie legt nahe, dass Gewebeschäden eine Ursache für diese Spirale sein könnten, da die freigesetzte mitochondriale DNA selbst ein entzündliches Molekül ist."
Die Forscher sagten, dass der Test als eine Möglichkeit zur Vorhersage des Schweregrads der Erkrankung dienen könnte, aber auch als Werkzeug zur besseren Planung klinischer Studien, um Patienten zu identifizieren, die zum Beispiel von bestimmten Untersuchungsbehandlungen profitieren könnten. Sie sagten auch, dass sie gerne untersuchen würden, ob der Test als Mittel zur Überwachung der Wirksamkeit neuer Therapien dienen könnte. Vermutlich würden wirksame Behandlungen die Werte der mitochondrialen DNA senken.
"Aber wenn wir in den ersten 24 Stunden nach der Aufnahme eines Patienten feststellen könnten, ob er wahrscheinlich eine Dialyse oder eine Intubation benötigt oder ob er Medikamente braucht, um seinen Blutdruck vor einem zu starken Absinken zu schützen, würde das die Einteilung des Patienten verändern und vielleicht auch die Art und Weise, wie wir ihn im Krankheitsverlauf behandeln", sagte Co-Autor Hrishikesh S. Kulkarni, MD, ein Assistenzprofessor für Medizin.
Die Forscher, zu denen auch die Co-Erstautoren Davide Scozzi, MD, PhD, ein wissenschaftlicher Mitarbeiter, und Marlene Cano, PhD, eine Postdoc-Forschungsstipendiatin, gehören, untersuchten 97 Patienten mit COVID-19 im Barnes-Jewish Hospital und maßen ihre mitochondrialen DNA-Werte am ersten Tag ihres Krankenhausaufenthalts. Sie fanden heraus, dass die mitochondrialen DNA-Werte bei den Patienten, die schließlich auf die Intensivstation eingeliefert wurden, intubiert wurden oder starben, viel höher waren. Die Forscher fanden heraus, dass dieser Zusammenhang unabhängig von Alter, Geschlecht und Grunderkrankungen der Patienten bestand.
Im Durchschnitt waren die mitochondrialen DNA-Spiegel bei Patienten mit COVID-19, die eine schwere Lungenfunktionsstörung entwickelten oder schließlich starben, etwa zehnfach erhöht. Bei Patienten mit erhöhten Werten war es fast sechsmal wahrscheinlicher, dass sie intubiert wurden, dreimal wahrscheinlicher, dass sie auf die Intensivstation eingeliefert wurden, und fast doppelt so wahrscheinlich, dass sie starben, verglichen mit Patienten mit niedrigeren Werten.
Darüber hinaus sagte der Test die Ergebnisse genauso gut oder besser voraus als bestehende Entzündungsmarker, die derzeit bei hospitalisierten Patienten mit COVID-19 gemessen werden. Die meisten anderen Entzündungsmarker, die bei Patienten mit COVID-19 gemessen werden, einschließlich derer, die noch untersucht werden, sind allgemeine Marker für systemische Entzündungen und nicht für Entzündungen, die spezifisch für den Zelltod sind, so die Forscher.
"Viren können eine Art von Gewebeschaden verursachen, der Nekrose genannt wird und eine heftige, entzündliche Reaktion auf die Infektion darstellt", sagte Gelman. "Die Zelle bricht auf und gibt den Inhalt frei, einschließlich mitochondrialer DNA, die ihrerseits eine Entzündung auslöst. Bei COVID-19-Patienten gab es anekdotische Hinweise auf diese Art von Zell- und Gewebeschäden in Lunge, Herz und Niere. Wir halten es für möglich, dass Messungen der mitochondrialen DNA im Blut ein frühes Anzeichen für diese Art von Zelltod in lebenswichtigen Organen sein könnten."
Die Forscher betonten auch, dass der Test schnell und unkompliziert in den meisten Krankenhäusern durchgeführt werden kann, da er die gleiche Maschinerie verwendet, die den Standard-PCR-Test für COVID-19 verarbeitet. Die von ihnen entwickelte Methode erlaubt es, den Gehalt an mitochondrialer DNA direkt im Blut zu quantifizieren. Ohne die Notwendigkeit von Zwischenschritten zur Extraktion der DNA aus dem Blut liefert die Technik Ergebnisse in weniger als einer Stunde.
Bevor sie die Zulassung bei der Food and Drug Administration (FDA) beantragen können, müssen die Wissenschaftler die Genauigkeit des Tests in einer größeren multizentrischen Studie verifizieren. Sie haben Pläne, die Forschung auf weitere Standorte auszuweiten.
Für die Studie wurden Proben aus dem COVID-19-Biorepository der School of Medicine verwendet, das von den Co-Autoren Jane O'Halloran, MD, PhD, Assistenzprofessorin für Medizin, Charles Goss, PhD, Dozent für Biostatistik, und Phillip Mudd, MD, PhD, Assistenzprofessor für Notfallmedizin, entwickelt wurde.