MALDI-TOF tillämpningar inom klinisk mikrobiologi Rådmöte för Klinisk kemi och klinisk mikrobiologi, Västerås 9 mars 2011 Göran Hedin Klin Mikrobiol Lab, Falu lasarett

Historik Matrix associated laser desorption ionization – time of the flight (MALDI-TOF) massspektrometri (MS) introducerades av Karas et al och Tanaka et al. Stora biomolekyler och syntetiska polymerer kan undersökas, molekyler som vid ordinär mass- spektrometri inte kan undersökas pga låg flyktighet samt molekylär värmeinstabilitet. Tanaka tilldelades nobelpriset 2002 för sitt arbete där han visade att med rätt kombination av laser-våglängd och matrix så kan ett protein joniseras och analyseras med MALDI-TOF.

Tillämpningar inom klinisk mikrobiologi Under de senaste åren har ett flertal nya tillämpningar tillkommit. Inom diagnostisk klinisk mikrobiologi har man visat att MALDI-TOF kan användas för att artbestämma bakterier och även subtypa bakterier inom en art.

Två tyska företag, Bruker och Anagnos Tec har båda utvecklat system för arttypning av bakterier. En bakteriekoloni kan plockas från en agarplatta, blandas med ett organiskt lösningsmedel och matrix och sedan placeras på en metallplatta för analys i ett MALDI- TOF instrument. Ett stort antal bakteriearter har analyserats och för varje art ses karakteristiska spektra. Många olika spektra har samlats i en databas, som hela tiden växer. Artidentifiering görs genom att jämföra aktuellt spektrum med spektra som finns lagrade i databasen.

Shimadzu, bioMerieux announce partnership to commercialize mass spectrometry system 21. May :47 Shimadzu and bioMerieux announce today that they have entered into a partnership to commercialize a mass spectrometry system for bacterial identification in microbiology laboratories. bioMerieux will work with Shimadzu and their subsidiary, Kratos Analytical, to adapt their linear MALDI-TOF mass spectrometry technology for optimized integration into the microbiology laboratory workflow. This new solution is planned for commercialization by bioMerieux in 2010, together with the microbial database acquired from AnagnosTec.

Snabb arttypning av bakterier Traditionellt används biokemiska tester för att identifiera bakteriearter, och resultaten fås oftast inte förrän nästa dag. Med Maldi-TOF kan man få resultatet inom några minuter. Det går också att identifiera bakterier direkt från blododlingsflaskor, men bakteriekoncentration är i ca 20% av fallen för låg för MALDI-TOF-analys då odlingsroboten larmar. Det krävs mer prepareringsarbete innan analys än då bakteriekolonier plockas från en agarplatta.

Del av automatiserat lab MALDI-TOF instrument kan integreras som en del av ett lab med robotteknik och hög grad av automatisering. Företaget Bruker samarbetar med ett företag inom labautomatisering som heter Kiestra. Det finns planer och prototyper framtagna för automatiserad odling av prov på agarplattor, inkubering, avläsning via kameror och bildanalys i dator, samt ett MALDI-TOF-instrument för arttypning.

På laboratoriet i Falun skulle ett MALDI-TOF instrument i första hand kunna användas som ett alternativ till biokemisk typning och för typning i de fall då biokemisk typning inte är en bra metod, t ex långsamväxande bakterier. Dessutom för snabb arttypning av bakterier som växer i blododling. Vid typning med MALDI-TOF behövs inga dyra reagenser, åtgången på förbrukningsartiklar minimeras, och det blir knappt några sopor.

Fördelar MALDI-TOF  Snabb arttypning ger svar ett dygn tidigare. För behandlande läkare och patienten kan det i enskilda fall vara av stort värde. Vid val av antibiotika, t ex, är det viktig information. Felaktig och onödig antibiotikabehandling är ett problem, och med snabbare diagnostik finns möjlighet att i högre grad undvika detta.  MALDI-TOF analys kan ge svar på vilken bakterie som växer i blododling ett dygn tidigare. Detta kan i enskilda fall få stor betydelse för behandlande läkare och patienten, eftersom bakterier i blodet, sepsis, är en livshotande infektion, där det gäller att så snabbt som möjligt, och det handlar då om timmar, behandla med rätt antibiotika.  Arttypning blir möjlig på bakterier som tidigare varit svåra att typa på vårt lab, t ex långsamväxande gram-negativa stavar och anaeroba bakterier samt jästsvamp

Laboratoriearbetet kan utföras snabbare. Analys med MALDI-TOF är lätt att utföra, bakterien som skall typas blandas med organiskt lösningsmedel och matrix och placeras sedan i instrumentet. Några minuter senare har man svaret. Arttypning färdig innan resistensbestämning påbörjas – leder till säkrare val av vilka antibiotika som skall användas vid resistensbestämningen. Billiga reagenser Inga sopor

 Möjlighet till forskning inom klinisk mikrobiologi: Mikrobiologiska aspekter med anledning av nya möjligheter till arttypning och subtypning av bakterier. Kliniska aspekter som en konsekvens av snabbare svar. Ekonomiska aspekter pga besparingar på lab men även förbättrad ekonomi på patientbehandlande kliniker pga snabbare svar.

Kostnad Offert från Bruker sept 2009: Microflex™ LT MALDI-TOF System kronor MALDI Biotyper 2.0 SR1 software package: kronor ReferenceLibrary 3.0 for MALDI Biotyper kronor Totalkostnad investering kronor Reagenskostnaderna är mycket små, beräknas till ca 1,80 kronor/analys Framtida kostnader för uppdatering av databasen kronor/år Service contract I kronor/år alternativt Service contract II kronor/år

Reagens The cost for reagents is very low, the reagents you will need is.: Matrix : Price = 2.000,- SEK ( Sigma ) for test = 0.67 SEK/sample Acetonitrile : Price 1L ? Enough for more than ,- samples Ethanol 99,9% : Price 1L ? Enough for more than ,- samples Target MALDI plate 96 samples : price = 4.995,- SEK ( can be used up to 100 x ) = 0,52 SEK/ sample. Calibration std. : Price = 2.750,- SEK / x ( should run 1 x / day. You run apprx /week = 0,005 SEK/sample ) Total price ( depending on your numbers of samples, but the more samples you run, the cheaper you cost/samples will be ) = < 1,8 SEK/ sample.

Samarbete inom regionen? MALDI-TOF analys på flera lab inom regionen. Gemensam upphandling av apparatur, uppgradering av databas och service MALDI-TOF analys på ett lab inom regionen. Ger erfarenheter som kan delas. Möjlighet att skicka bakterier för typning till detta lab. Nackdel: Förlorar i snabbhet. Subtypning med MALDI-TOF kan i viss mån användas för epidemiologisk typning. Kan indikera att spridning av multiresistent bakterie förekommer inom regionen. Den nya tekniken öppnar möjlighet till forskning och forskningssamarbete.