{{{sourceTextContent.title}}}

MALDI-TOF MS: Ein sich entwickelndes Instrument in der klinischen Diagnostik

{{{sourceTextContent.subTitle}}}

Fortschritte bei der MALDI-TOF MS haben ihre Verwendung in diagnostischen Labors mit hohem Durchsatz erheblich erweitert

{{{sourceTextContent.description}}}

Die Matrix-unterstützte Laser-Desorptions-Ionisations-Flugzeit-Massenspektrometrie (MALDI-TOF MS) hat sich zu einem bewährten Instrument für die Identifizierung von Krankheitserregern in einer Vielzahl von Patientenproben entwickelt. Obwohl diese Technologie schon seit vielen Jahren für die Identifizierung von Bakterien eingesetzt wird, erweitern neuere Generationen von MALDI-TOF MS die Möglichkeiten dieser Technologie in einem hochvolumigen klinischen Umfeld rasch

Die neuesten Versionen der MALDI-TOF MS-Geräte können ein breiteres Spektrum an Biomolekülen nachweisen, haben erweiterte Möglichkeiten zur Erregeridentifizierung und verbessern die Verarbeitungseffizienz für die Hochdurchsatzdiagnostik. Diese Verbesserungen ermöglichen einen schnelleren Übergang von der Diagnostik zur Behandlung und unterstützen therapeutische Strategien durch neuartige Testverfahren für die antimikrobielle Empfindlichkeit. Die kontinuierliche Weiterentwicklung von MALDI-TOF MS hat diese Technologie als Schlüsselkomponente in diagnostischen Labors gefestigt.

Einsatz von MALDI-TOF MS für Anwendungen jenseits der bakteriellen Identifizierung

Angesichts der zunehmenden Prävalenz antimikrobiell resistenter bakterieller Infektionen ist der angemessene Einsatz von Antibiotika von entscheidender Bedeutung, um die Entwicklung neuer resistenter Erreger zu verhindern, die sich den aktuellen Behandlungsmöglichkeiten entziehen können. Mit klassischen mikrobiologischen Verfahren können antimikrobielle Empfindlichkeitsprofile (AMS) erstellt werden, indem die minimalen Hemmkonzentrationen für die interessierenden Erreger bestimmt werden. Dieser Ansatz benötigt jedoch bis zu 72 Stunden, um Ergebnisse zu liefern. In kritischen Fällen ist diese relativ langsame Durchlaufzeit ein erhebliches Hindernis für eine rechtzeitige Behandlung des betroffenen Patienten und kann dazu führen, dass Gesundheitsdienstleister Antibiotika mit unbekannter Wirksamkeit für den betreffenden Erreger verschreiben müssen.

MALDI-TOF MS nutzt neuartige Nachweismethoden zur Bestimmung von AMS, ohne dass zeit- und arbeitsintensive Wachstumstests erforderlich sind, und liefert so Anfälligkeitsprofile schneller als der herkömmliche Standard. Eine Gruppe unter der Leitung von Dr. Karsten Becker vom Institut für Medizinische Mikrobiologie in Münster hat Berichten zufolge MALDI-TOF MS eingesetzt, um AMS mit bis zu 100 Prozent Sensitivität und Spezifität in vier bis fünf Stunden zu bestimmen, je nach Erreger. Beckers Team bestimmte erfolgreich AMS-Profile für Stämme von Klebsiella und Pseudomonas, indem es die spektralen Intensitäten während des Wachstums in Mikrotröpfchen von Medien, die antimikrobielle Mittel enthalten, verglich. Spektrale Verschiebungen in Gegenwart von mit Antimikroben versetzten Medien wiesen vorhersehbar auf eine Stammresistenz hin.

In anderen Fällen wurde MALDI-TOF MS zum Nachweis von Proteinen eingesetzt, die aufgrund bekannter Resistenzgene in Bakterien eine Antibiotikaresistenz verleihen. Einige Stämme des pathogenen Bacteroides fragilis beherbergen beispielsweise ein Gen, das für Metallo-Beta-Lactamase kodiert und eine Resistenz gegen fast alle Beta-Lactam-Medikamente verleiht. Mithilfe von MALDI-TOF MS kann durch spezifische Spektralverschiebungen das Vorhandensein dieses Resistenzfaktors festgestellt werden, was den Ärzten den Weg zu alternativen Therapieoptionen weist

Darüber hinaus wurden mit MALDI-TOF MS proteomische "Fingerabdrücke" erstellt, die die Klassifizierung von Staphyloccoccus aureus anhand von Resistenzprofilen erleichtern. Angesichts der Prävalenz von Methicillin-resistentem S. aureus (MRSA) als problematischer antibiotikaresistenter Infektion, die in den USA jährlich etwa 20.000 Todesfälle verursacht, ist die effiziente Identifizierung eines Ausbruchs entscheidend für die Verbesserung der Gesundheitslage. Die Verwendung von MALDI-TOF MS für die Erstellung von AMS-Profilen zeigt daher eine vielversprechende Anwendung dieser Technologie, die über die standardmäßige Erregeridentifizierung hinausgeht.

Die sich entwickelnde kommerzielle Landschaft von MALDI-TOF MS

Die Einführung neuer Generationen von MALDI-TOF MS-Instrumenten spiegelt die Fortschritte bei der Anwendung der MALDI-TOF MS-Technologie in der klinischen Diagnostik wider. Das weltweit tätige Diagnostikunternehmen bioMerieux gab vor kurzem die 510(k)-Zulassung der FDA für seine neueste Generation von MALDI-TOF MS, VITEK MS PRIME, bekannt. Diese Freigabe folgt auf die CE-Kennzeichnung des Produkts im April 2021 und ermöglicht die Marktverfügbarkeit in den Vereinigten Staaten, Europa und anderen Regionen der Welt. VITEK MS PRIME zeigt viele der jüngsten Aktualisierungen dieser Technologie, die speziell für eine effizientere Diagnostik entwickelt wurden. Neue Funktionen ermöglichen das kontinuierliche Laden von Proben ohne Unterbrechung der laufenden Verarbeitung und erlauben eine Priorisierung der Proben für kritische Fälle, die eine sofortige Diagnose erfordern. Darüber hinaus kann das Erreger-Identifizierungssystem des VITEK MS PRIME mit der MALDI-TOF-Technologie von bioMerieux für AMS-Tests integriert werden, was eine effiziente Diagnose und therapeutische Beratung ermöglicht.

Shimadzu Scientific Instruments hat vor kurzem sein neuestes MALDI-8030 auf den Markt gebracht, das die Detektionsmöglichkeiten gegenüber früheren Modellen deutlich verbessert. Das MALDI-8030 spiegelt insbesondere die Notwendigkeit wider, die Klassen von Biomolekülen zu erweitern, die mit MALDI-TOF MS analysiert werden können, und damit die Identifizierung von Krankheitserregern zu verbessern. Das Modell von Shimadzu analysiert sowohl positive als auch negative Ionen (duale Polarität), was eine verbesserte Detektion einer breiteren Palette von Molekülen ermöglicht, einschließlich Peptiden, Oligonukleotiden, Lipiden, Glykanen, Polymeren und kleinen Molekülen. Die Fähigkeit, verschiedene Molekülklassen nachzuweisen, kann die Datenbank identifizierbarer Organismen erweitern und ermöglicht im Idealfall eine vollständigere phänotypische Charakterisierung bekannter Krankheitserreger. In erster Linie werden gründlichere molekulare Fingerabdrücke eine bessere AMS-Profilierung der nachgewiesenen Krankheitserreger ermöglichen und letztlich wirksamere Behandlungsstrategien bei gleichzeitiger Begrenzung der Antibiotikaresistenz ermöglichen.

Anwendung von MALDI-TOF MS auf die COVID-19-Pandemie

Die COVID-19-Pandemie, die durch SARS-CoV-2 verursacht wird, führt weiterhin zu weltweit verbreiteten Infektionen, da neue pathogene Varianten auftauchen. Die Diagnose von SARS-CoV-2 erfolgt in der Regel über RT-PCR unter Verwendung von Primer/Sonden-Kombinationen, die virale Nukleotidsequenzen binden, die dann zum Nachweis amplifiziert werden. Die neuesten SARS-CoV-2-Varianten sind jedoch besorgniserregend, da neuartige Mutationen die Bindung von Primer/Sonde an virale Sequenzen verhindern können, so dass viele der üblicherweise verwendeten RT-PCR-Techniken zu falsch negativen Ergebnissen führen

Eine Gruppe unter der Leitung von Dr. Alberto Paniz-Mondolfi von der Icahn School of Medicine am Mount Sinai, New York, kombinierte kürzlich den Einsatz von MALDI-TOF MS mit RT-PCR, um den Nachweis verschiedener SARS-CoV-2-Varianten zu verbessern. Das Team um Paniz-Mondolfi kombinierte die beiden Technologien, um fünf verschiedene Ziele in zwei viralen Genen zuverlässig nachzuweisen. Insbesondere die Hinzunahme von MALDI-TOF MS erleichterte den Nachweis von viralen Genen, die aufgrund von Mutationen der viralen Sequenzen durch RT-PCR allein nicht erkannt werden konnten. Die Arbeit von Paniz-Mondolfi ist ein weiterer Beleg für die weitreichenden Möglichkeiten der neuesten MALDI-TOF MS-Technologie.

Fortschrittliche klinische Diagnostik

Die Fortschritte in der MALDI-TOF-MS-Technologie zeigen, dass sich die diagnostischen Labors weiterentwickeln, um höhere Probenmengen und anspruchsvollere Diagnosemöglichkeiten zu bewältigen, und dass diese Technologie von Dauer sein wird. MALDI-TOF hat sich bereits als Standard für die Identifizierung von Krankheitserregern etabliert. Jüngste Aktualisierungen haben jedoch das Spektrum der identifizierbaren Organismen erheblich verbessert und die Funktionalität der Technologie um die Erstellung von Profilen zur Empfindlichkeit gegenüber antimikrobiellen Substanzen erweitert. Auf diese Weise ermöglicht MALDI-TOF nicht nur eine effiziente Diagnostik, sondern auch wirksamere Behandlungspläne. Darüber hinaus sind die neuesten MALDI-TOF MS-Instrumente speziell darauf zugeschnitten, die Verarbeitung von Proben im Hochdurchsatzverfahren zu erleichtern, wobei dringende Proben nahtlos priorisiert werden können. Diese Eigenschaften machen MALDI-TOF MS zu einer Schlüsselkomponente für diagnostische Labors, die eine hochvolumige Diagnostik mit evidenzbasierter Therapieberatung anbieten wollen.