Новейшие технологии для борьбы с сепсисом
Сепсис - также известный как заражение крови - это опасная для жизни реакция организма на инфекцию, при которой иммунная система повреждает ткани и органы. Это заболевание, возникающее в результате воспалительной реакции организма на инфекцию, ежегодно уносит десятки миллионов жизней в мире.
Это недискриминационное заболевание, которое может поразить любого человека, независимо от возраста, расы, дохода или пола. Сепсис является одной из основных причин смерти в больнице и одной из основных причин повторной госпитализации.
Сепсис возникает при инфекции кровотока из-за присутствия патогенных микроорганизмов в кровотоке. Обычно организм выделяет иммунные химические вещества для борьбы с инфекцией. Эти химические вещества могут вызвать воспаление и травму сосудов, что может привести к отказу органов. При возникновении сепсиса и септического шока риск для пациента серьезен и незамедлителен.
Когда человек поступает в отделение скорой помощи, бывает очень трудно определить, есть ли у него сепсис. Прогрессирование от, казалось бы, легкой инфекции до отказа органов может быть быстрым, и пациенты оказываются в реанимации в течение нескольких часов после обращения за медицинской помощью. Для подтверждения сепсиса обычно делают анализ крови, результаты которого появляются в лучшем случае только через несколько часов, но лечение необходимо начинать гораздо раньше. Проблема быстрого диагностирования сепсиса связана с тем, что измерение только одного биомаркера часто не позволяет поставить четкий диагноз. Ученые десятилетиями пытались разработать метод одновременного количественного определения множества биомаркеров в цельной крови с высокой степенью специфичности и чувствительности для диагностических приложений в местах лечения, поскольку это позволило бы избежать трудоемких и дорогостоящих этапов обработки крови, на которых потенциально могли бы быть утрачены информативные молекулы биомаркеров.
Сложность задачи и стремление решить проблему породили инновации, которые дают нам надежду.
Роль технологий в лечении сепсиса
Большинство смертей от сепсиса можно предотвратить с помощью соответствующих профилактических мер, раннего выявления и своевременного лечения. По оценкам ВОЗ, продуманные программы профилактики и контроля инфекций могут снизить риск заражения сепсисом на 30%.
Цифровые технологии играют важнейшую роль в этой области, поскольку позволяют собирать, объединять и сводить воедино данные из различных источников в зависимости от контекста, помогая бригадам врачей прогнозировать, выявлять и предотвращать заболевание.
Больницам и медицинским учреждениям необходимо ускорить переход к "умным" системам безопасности пациентов на основе данных с их анализом в режиме реального времени. Это может привести к тому, что медицинские учреждения смогут выявлять и отслеживать пациентов, находящихся в группе риска, замечать едва заметные изменения в состоянии здоровья пациентов, которые могут быть ранними признаками сепсиса, генерировать предупреждения и автоматизировать ответные меры, например, адаптируя протоколы лечения к индивидуальным потребностям пациентов с сепсисом.
Искусственный интеллект. Раннее выявление сепсиса
Сегодня для борьбы с сепсисом крайне важна развитая стратегия с использованием прогностических методов и технологий искусственного интеллекта.
Используя данные о пациентах, искусственный интеллект помогает медицинским организациям выявлять пациентов на ранних стадиях сепсиса. С помощью машинного обучения, пользовательских информационных панелей для отображения показателей риска и автоматических предупреждений, уведомляющих медперсонал о потенциальных проблемах, подход, основанный на искусственном интеллекте, позволяет врачам опережать развитие заболевания и даже предсказывать неблагоприятные события.
В американском Институте инноваций в системе здравоохранении Дьюка разработали Sepsis Watch - систему искусственного интеллекта, которая выявляет ранние симптомы сепсиса. Система, запущенная в Университетской больнице Дьюка в ноябре 2018 года, анализирует более 32 миллионов точек данных, чтобы оценить состояние пациента в режиме реального времени и, если это необходимо, предупредить группу быстрого реагирования больницы.
Эти группы должны принять решение о дальнейших действиях, но они не должны делать это в одиночку. Sepsis Watch может направлять медсестер в течение первых трех часов оказания помощи, проводя их через контрольный список рекомендуемых шагов по лечению, начиная от анализа крови и заканчивая приемом лекарств.
Пилотная фаза системы была завершена в мае этого года и прошла успешно.
Медицинская организация Sentara Healthcare недавно развернула новую систему искусственного интеллекта для анализа, которая собирает данные электронной медицинской карты пациента - такие детали, как частота сердечных сокращений, результаты анализов крови и температура тела - и пропускает их через алгоритм для оценки вероятности развития заболевания. Система Sentara тщательно изучает взаимосвязь между точками данных для более точного прогнозирования будущих последствий.
Когда пациент признается подверженным высокому риску, система предупреждает врачей, внесенных в карту пациента. Она также предлагает соответствующие дальнейшие шаги, которые могут включать более частый мониторинг жизненно важных показателей или очистку бронхов пациента для предотвращения пневмонии.
Шведская компания AlgoDx недавно сертифицировал в Европейском Союзе свой новый продукт NAVOY Sepsis, предназначенный для оказания помощи медицинскому персоналу отделений интенсивной терапии в прогнозировании сепсиса у взрослых пациентов.
NAVOY Sepsis - это алгоритм прогнозирования на основе машинного обучения, который, используя только клинические переменные, регулярно собираемые в электронных медицинских картах, предсказывает риск развития сепсиса у пациентов отделения интенсивной терапии в ближайшие часы. Реальные преимущества круглосуточного мониторинга риска сепсиса у больного заключаются в клинических последствиях более быстрой диагностики, учитывая, что при лечении сепсиса фактор времени имеет решающее значение.
Ученые из американского университета Эмори создали алгоритм Sepsis Expert на базе технологии машинного обучения, который способен в режиме реального времени предсказать начало сепсиса. Система способна обнаруживать определенные шаблоны в показателях здоровья пациента, используя уровни данных, которые могут помочь спрогнозировать их изменения в будущем. По утверждению университетских ученых, Sepsis Expert способен спрогнозировать начало заболевания пациентов сепсисом в отделении интенсивной терапии за 4 - 12 часов до того, как это будет диагностировано врачами.
Пока система Sepsis Expert предназначена для обнаружения признаков скорого начала сепсиса только у взрослых людей, поскольку дети реагируют на это заболевание по-другому, и алгоритм искусственного интеллекта должен быть настроен иначе.
Несмотря на давние проблемы сепсиса, внедрение и совершенствование систем искусственного интеллекта предлагает врачам новый уровень поддержки. Это не только снизит расходы на здравоохранение, но и позволит оказывать помощь, действительно спасающую жизни.
Сенсорные системы диагностирования сепсиса
Многопрофильный коллектив Гарвардского института Вайсса (США) и университета Бата (Великобритания) разработал методику на основе существующей технологии eRapid, использующую недорогую электрохимическую сенсорную платформу для мультиплексного обнаружения клинически релевантных биомаркеров в цельной крови. Устройство использует графеновое нанокомпозитное поверхностное покрытие и уже продемонстрировано возможность точного обнаружения одновременно трех различных биомаркеров сепсиса. Поскольку разработанное учеными нанокомпозитное покрытие является недорогим, оно способно революционизировать диагностику в точках оказания медицинской помощи.
Чтобы сделать современную технологию eRapid еще более эффективной и полезной для клинического анализа проб, команда интегрировала ее с микрофлюидной системой, которая исключает из процесса человеческий элемент и увеличивает количество событий связывания биомаркеров на его поверхности. Это позволяет автоматизировать анализ биомаркеров с помощью системы, а также сократить время выполнения измерений до 7 минут.
Британские ученые из университетов Лидса и Стратклайда разработали биосенсорное устройство, которое с помощью микроэлектрода практически в реальном времени способно определить, присутствует ли в кровотоке один из белковых биомаркеров сепсиса - интерлейкин-6. Это белок-регулятор иммунных и воспалительных реакций, который выделяется иммунной системой и уровень которого в крови увеличивается при возникновении сепсиса.
Сенсор разработан в виде иглы с различными электродами - устройство делает практически нечувствительный укол и вбирает в себя каплю крови, которая затем помещается на чип для считывания результатов. Его игольчатая форма означает, что его можно имплантировать и использовать в условиях интенсивной терапии.
Результаты исследования показывают, что повышенное содержание этой молекулы может быть обнаружено с помощью теста уже через две с половиной минуты, в то время как существующие стационарные тесты могут занять до 72 часов.
Оптические системы диагностирования сепсиса
Шотландская компания Wideblue совместно с университетом Тиссайд разрабатывает недорогую оптическую систему, которая потенциально могла бы значительно ускорить диагностику сепсиса.
Этот прибор, который был использован в рамках клинического тестирования в больничной лаборатории, пропускает свет туда и обратно через образец, расположенный между двумя зеркалами с высокой отражательной способностью для увеличения длины хода и чувствительности. Свет проходит через систему несколько раз, и любые тонкие изменения в цвете биомаркера могут быть связаны с диагностикой сепсиса. Весь процесс может быть выполнен примерно за 30 минут.
Прототип считывающего устройства оказался недорогим, надежным, с высоким уровнем чувствительности по сравнению с аналогичными устройствами. В настоящее время партнеры ищут дополнительное финансирование для начала полных клинических испытаний.
Ученые Федеральной политехнической школы Лозанны (Швейцария) разработали оптический биосенсор, который сокращает время диагностики сепсиса до нескольких минут. Их подход основан на последних разработках в области нанотехнологий и световых эффектов на наноуровне для создания сверхпортативного, простого в использовании устройства, способного быстро обнаруживать биомаркеры сепсиса в кровотоке пациента. При этом устройству требуется всего несколько минут, чтобы получить результат, т.е. так же быстро, как при тесте на беременность.
Так как биосенсор использует плазмонную* технологию, он может быть построен из небольших, недорогих компонентов, и в то же время он может достичь точности наравне с лабораторными методами, отвечающими "золотому стандарту" измерений. В устройстве используется оптическая мета-поверхность - в данном случае тонкий золотой лист, содержащий массивы миллиардов нано-отверстий. Мета-поверхность концентрирует свет вокруг наноотверстий, чтобы обеспечить исключительно точное обнаружение биомаркеров. С помощью такого типа мета-поверхности исследователи могут обнаружить биомаркеры сепсиса в образце крови с помощью простого светодиода и стандартной CMOS-камеры.
Фильтрация крови
Лучший способ борьбы с сепсисом - это профилактика и более эффективное лечение инфекций кровотока. Недавно аппарат Seraph 100, произведенный компанией ExThera Medical, получил знак CE, который разрешает его использование в Европейском Союзе. Seraph 100 является самым первым медицинским прибором, разработанным специально для удаления патогенных микроорганизмов в кровотоке.
Seraph 100 Microbind Affinity Blood Filter - это устройство для очистки крови, которое, по словам компании ExThera, снижает как бактериальную, так и вирусную нагрузку в кровотоке. Принцип работы Seraph 100 основан на том, что когда кровь пациента проходит через фильтр, она взаимодействует с крошечными шариками с рецепторами, имитирующие рецепторы на клетках человека, которые являются мишенью для патогенов, когда они вторгаются в тело. Вирусы быстро захватываются и адсорбируются на поверхности шариков и тем самым удаляются из кровотока. Seraph 100 ничего не добавляет в кровь, которая возвращается пациенту неповрежденной с кровяными клетками и белками. Устройство фильтрует только патогенные микроорганизмы, вызывающие инфекцию, а также связывает и удаляет вредные вещества, вырабатываемые такими микроорганизмами и возникающие при реакции организма на инфекцию.
Ученые из института Висса в США разработали аналогичное устройство, которое получило название GARNET и может отфильтровывать смертельные патогены непосредственно из крови. Это терапевтическое устройство для экстракорпоральной очистки крови, способное удалять патогены и их токсичные остатки, провоцирующие воспаление. Технология платформы уже продемонстрировала способность успешно захватывать и удалять патоген-ассоциированные молекулярные структуры и более 100 клинически значимых бактерий, грибков, паразитов, токсинов и вирусов, включая коронавирус SARS-CoV-2.
GARNET использует имеющийся в настоящее время на рынке диализный фильтр, волокна которого покрыты разработанным учеными белком FcMBL. Фильтр способен пропускать через себя кровь со скоростью 200-600 мл/мин. Вся процедура лечения занимает 3-4 часа.
Компания CytoSorbents разработала технологию CytoSorb - экстракорпоральный цитокиновый адсорбент, снижающий уровень цитокинов и цитокинового шторма**, а также многих бактериальных токсинов и других медиаторов, способствующих бесконтрольному системному воспалению. Таким образом, CytoSorb помогает стабилизировать состояние пациентов, снижая травмы органов и восстанавливая адекватное кровяное давление во время септического шока. Снижая тяжесть заболевания, CytoSorb помогает уменьшить ослабляющее воздействие сепсиса, помогает пациентам быстрее покинуть отделение интенсивной терапии и потенциально снижает частоту повторной госпитализации.
CytoSorb совместим с существующими аппаратами диализа, используемыми сегодня в стационарных отделениях интенсивной терапии, и может использоваться при заместительной почечной терапии. Система уже разрешена к использованию в Европейском Союзе.
* Плазмон (квант плазменных колебаний) — псевдочастица, представляющая собой сочетание колеблющихся электронов и связанного с ним электромагнитного поля. Они возникают в твердых телах или вблизи их поверхности из-за колебаний электронов относительно ионов проводимости.
** Цитокиновый шторм (гиперцитокинемия) — это потенциально летальная реакция иммунной системы, суть которой состоит в неконтролируемой и не несущей защитной функции активации цитокинами иммунных клеток в очаге воспаления и высвобождении последними новой порции цитокинов, вследствие наличия прямой связи между этими процессами.
По материалам HealthTech Magazine, IDC, MedTech Intelligence, Imperial College London, MedTech News, HCA News, MDDI.
