A fight against time
novel methods for the rapid diagnosis of sepsis
Tid: Fr 2026-03-06 kl 13.00
Plats: Q2, Malvinas Väg 10
Videolänk: https://kth-se.zoom.us/j/68282646509
Språk: Engelska
Ämnesområde: Elektro- och systemteknik
Respondent: María Henar Marino Miguélez , Mikro- och nanosystemteknik
Opponent: Senior lecturer Pelle Ohlsson, Division for Biomedical Engineering, Lund University, Lund, Sweden
Handledare: Professor Wouter van der Wijngaart, Mikro- och nanosystemteknik; Professor Johan Elf, Cell and Molecular Biology, Uppsala University, Uppsala, Sweden
QC 20260206
Abstract
Sepsis är ett livshotande tillstånd som drabbar uppskattningsvis 49 miljoner människor årligen och står för ungefär 20% av alla dödsfall världen över. Överlevnad i septisk chock minskar med cirka 8% för varje timme som behandling fördröjs eller hanteras fel, varför en snabb diagnos är kritisk. Patientens utfall är därför strängt beroende av en snabb initiering av en korrekt behandling, vilket gör sepsisdiagnostik till en kamp mot klockan. Nuvarande arbetsflöden med blododling kräver dock vanligtvis flera dagar innan man får resultat som går att agera på, till stor del beror detta på extremt låga koncentrationer av bakterier i blodprover (1-100 CFU/ml) som kräver tidsödande odlingssteg. Det finns därför ett tryckande behov av diagnostiska protokoll som klarar att snabbt isolera och identifiera bakterier direkt från blod.
I det här arbetet addresserar vi centrala begränsningar i nuvarande diagnostiska flöden genom att utveckla och utvärdera odlingsfria metoder för snabb isolering, detektion och artidentifiering, samt antimikrobiell susceptibilitetstestning (AST) av bakterier direkt från blod, testad vid kliniskt relevanta koncentrationer. Två centrifug-baserade metoder för blodprovsberedning utvecklades: den ena kompatibel med prover som är tagna i blododlingsflaskor och den andra utvecklad för helblod. Genom den första metoden demonstrerar vi isolering och identifiering av fem vanliga bakterier som orsakar sepsis inom 12 timmar. Denna metod utnyttjar enbart standardiserad labbutrustning vilket möjliggör direkt translation hos kliniska laboratorier. Metoden för helblod kombinerar centrifugering och selektiv lysering av blod med mikrofluidiska fällor och deep learning baserad automatisk detektion, och möjliggör odlingsfri detektion av bakterier i blod inom 2 timmar. Med detta som bas vidareutvecklades arbetsflödet till att också inkludera automatisk realtidsdetektion, singel-cell fenotyp AST och artidentifiering genom fluorescens in situ hybridisering (FISH), direkt från blod på under 7 timmar.
Provberedningsstegen i dessa protokoll är väldigt beroende av manuella processer. Således fokuserade efterföljande arbete på utvecklingen av en device för enstegs-centrifugering som automatiserar isolering av bakterier och uppkoncentrering och som samtidigt bibehåller kompatibilitet med processer nedströms, såsom subodlingar, mass-spektrometri-baserad identifikation, samt mikrofluidisk singelcells-analys. Alla metoder utvärderades med hjälp av friska humana blodprover som spikats med vanliga sepsisorsakande bakterier och tjänar som ett proof-of-concept för snabb, odlingsfri bakteriell karakterisering direkt från blod.
Tillsammans demonstrerar resultaten i denna avhandling potentialen i att kombinera centrifugeringsbaserad provberedning, mikrofluidik och automatiserad bildanalys för att avsevärt förkorta diagnostiska svarstider för sepsis och infektioner i blodbanan. Även om vidare arbete med validering med kliniska prover och ökad automatisering krävs, bidrar detta arbete med experimentella och metodologiska framsteg mot snabbare sepsisdiagnostik.