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 1987-1988 av Karas et al och Tanaka et
al.
• Stora biomolekyler och syntetiska polymerer kan
undersökas, molekyler som vid ordinär massspektrometri 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 MALDITOF 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 2010 11:47
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
MALDI Biotyper 2.0 SR1 software package:
ReferenceLibrary 3.0 for MALDI Biotyper 2.0
Totalkostnad investering
•
Reagenskostnaderna är mycket små, beräknas till ca 1,80
kronor/analys
•
Framtida kostnader för uppdatering av databasen
25.600
kronor/år
Service contract I
62.300 kronor/år
alternativt
Service contract II
131.400 kronor/år
•
1.135.520 kronor
207.500 kronor
207.500 kronor
1.550.520 kronor
Reagens
• The cost for reagents is very low, the reagents you will need is.:
• Matrix : Price = 2.000,- SEK ( Sigma ) for 3.000 test = 0.67
SEK/sample
• Acetonitrile : Price 1L ? Enough for more than 30.000,- samples
• Ethanol 99,9% : Price 1L ? Enough for more than 30.000,- 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 / 1.000 x ( should run 1 x /
day. You run apprx. 2.700/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.
