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DD146769A3 - METHOD FOR TESTING THE CHEMOTHERAPEUTIC SENSITIVITY OF BACTERIA - Google Patents

METHOD FOR TESTING THE CHEMOTHERAPEUTIC SENSITIVITY OF BACTERIA Download PDF

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DD146769A3
DD146769A3 DD76195937A DD19593776A DD146769A3 DD 146769 A3 DD146769 A3 DD 146769A3 DD 76195937 A DD76195937 A DD 76195937A DD 19593776 A DD19593776 A DD 19593776A DD 146769 A3 DD146769 A3 DD 146769A3
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DD
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bacteria
chemotherapeutic
testing
sensitivity
chemotherapeutic sensitivity
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DD76195937A
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Inventor
Karlheinz Gernand
Juergen Lindemann
Hannelore Blume
Original Assignee
Karlheinz Gernand
Juergen Lindemann
Hannelore Blume
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/48Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
    • G01N33/483Physical analysis of biological material
    • G01N33/497Physical analysis of biological material of gaseous biological material, e.g. breath
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12QMEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
    • C12Q1/00Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions
    • C12Q1/02Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions involving viable microorganisms
    • C12Q1/18Testing for antimicrobial activity of a material

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Abstract

Beschreibung eines Verfahrens zur Pruefung der chemotherapeutischen Empfindlichkeit von Bakterien, indem das Ergebnis der elektro-chemischen Bestimmung des pO&ind2! oder pCO&ind2! in bakterienhaltigen Loesungen unter Gegenwart eines Chemotherapeutikums als Ausdruck des Umfangs der Stoffwechselbeeinflussung verbindliche Aussagen zur Wahl des geeigneten Medikaments vermittelt.Description of a Method for Testing the Chemotherapeutic Sensitivity of Bacteria by Determining the Result of the Electrochemical Determination of the pO & ind2! or pCO & ind2! in bacteria-containing solutions in the presence of a chemotherapeutic agent as an expression of the extent of the metabolism influencing mediates binding statements on the choice of the appropriate drug.

Description

-4- f 7 J 7 O /-4- f 7 J 7 O /

Titel der Sirf indung:Title of sirf indung:

Elektro-chemisches Verfahren zur Seime Übe Stimmung der chemotherapeutischen Empfindlichkeit pathogener MikroorganismenElectrochemical Process for the Study of Mood of the chemotherapeutic sensitivity of pathogenic microorganisms

Anwendungsgebiet der Erfindung:Field of application of the invention:

Für eine rationelle und vor allem erfolgversprechende Behandlun von bakteriell bedingten Infektionen ist aufgrund des Resistenz Phänomens eine in-vitro-Empfindlichkeitsprüfung des die Erkrankung im Einzelfall verursachenden Bakterienstammes unabdingbar. Dies gilt besonders für Infektionen mit lebensbedrohendem Krankheitsbild bzw, primär chron. rezidivierendenxVerlauf „For a rational and, above all, promising treatment of bacterially induced infections, an in vitro susceptibility testing of the bacterial strain causing the disease in an individual case is indispensable on account of the resistance phenomenon. This is especially true for infections with life-threatening disease or, primarily chron. recurrencexchange "

Als Ergebnis derartiger Voruntersuchungen resultiert ein sog. Antibiogramm, aus dem sich ergibt, welches Chemotherapeutikum die besten Voraussetzungen zur Behandlung der Infektion bietet·As a result of such preliminary investigations, a so-called antibiogram results, which shows which chemotherapeutic agent offers the best conditions for the treatment of the infection.

Die Durchführung dieser Untersuchungen ist ausnahmslos an mikrobiologische Speziallaboratorien gebunden·The execution of these examinations is without exception tied to special microbiological laboratories.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen:Characteristic of the known technical solutions:

Zur Erstellung des Antibiogramms selbst stehen ζ.Zt. 2 verschiedene methodische Prinzipien zur Verfügung.To prepare the antibiogram itself, ζ.Zt. 2 different methodological principles available.

1. Röhrchen- oder Plattenverdünnungsteste: In Reagenzröhrchen mit flüssigem oder in Petrischalen mit feste] Nährboden werden Verdünnungsreihen mit den zu prüfenden Chemotherapeutika angesetzt. Jedes Röhrchen bzw. jede Platte enthält unter Abstufung der Chemotherapeutika-Konzentration die gleiche Menge des vom Patienten isolierten Bakterienstammes. Nach ca. 24 otd. Inkubation bei 37 0C wird die Cheraotherapeutika-Konzentration ermittelt, die zu einer Hemmung des Bakterienwachstums geführt hat. Dabei gilt für jedes Chemotherapeutikum ein Grenzwert, d.h. wird ein Stamm erst durch eine Konzentration gehemmt, die über dieses Limit hinausgeht, muß er im Antibiogramm als resistent gegen das jeweils geprüfte Chemotherapeutikum bezeichnet werden.1. Tube or plate dilution tests: Dilution series with the chemotherapeutic agents to be tested are prepared in test tubes with liquid or in Petri dishes with solid culture medium. Each tube or plate contains the same amount of the bacterial strain isolated from the patient, grading the chemotherapeutic agent concentration. After about 24 otd. Incubation at 37 0 C, the Cheraotherapeutika concentration is determined, which has led to an inhibition of bacterial growth. For each chemotherapeutic agent, a limit value applies, ie if a strain is only inhibited by a concentration which exceeds this limit, it must be described in the antibiogram as resistant to the particular chemotherapeutic agent tested.

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2. Diffusionsteste, fast ausschließlich in Form des 'igardiffusionstests2. Diffusion tests, almost exclusively in the form of the igardiffusion test

Nach Ausspateln des zu prüfenden Bakterienstammes auf einen festen Nährboden mit Agar-Zusatz werden die einzelnen Chemotherapeutika in empirisdh ermittelten Dosen aufgetragen. Als Methode der Wahl'gilt der sog. Blättchentest (mit Chemotherapeutika getränkten Eilterpapierblättchen).After balancing the bacterial strain to be tested on a solid nutrient medium with addition of agar, the individual chemotherapeutic agents are applied in empirically determined doses. As a method of Wahl'gilt the so-called Blättchentest (soaked with chemotherapeutic Eilterpapierblättchen).

Besteht Empfindlichkeit des isolierten Bakterienstammes gegenüber einem bestimmten Chemotherapeutikum, ist nach ca, 24 Std. Inkubation bei 37 0C um das aufgelegte Blättchen eine Wachstumshemmzone mit einem bestimmten Mindestdurchmesser entstanden.If there is sensitivity of the isolated bacterial strain to a particular chemotherapeutic agent, after about 24 hours of incubation at 37 ° C. a growth inhibiting zone having a certain minimum diameter has formed around the applied leaflets.

Beide Verfahren haben neben dem nicht unerheblichen technologischen Zeitaufwand den Nachteil, daß das Ergebnis der Testungen erst frühestens nach 16 - 20 Std. vorliegt, was unter Umständen den Verlauf bakterieller Infektionen in fataler Weise beeinflussen kann·Both methods have the disadvantage, in addition to the not inconsiderable technological time expenditure, that the result of the tests is not present until after 16 to 20 hours at the earliest, which may possibly have a fatal effect on the course of bacterial infections.

Ziel der Erfindung:Object of the invention:

Aufgabe und Inhalt der vorliegenden Erfindung ist die Entwicklung eines Verfahrens, das unter Anwendung eIektro-chemischer Meßprinzipien in wesentlich kürzerer Zeit und ohne den bisher unumgänglichen konventionell-bakteriologischen Aufwand zuverlässige Informationen über die chemotherapeutische Empfindlichkeit pathogener Mikroorganismen liefert·The object and content of the present invention is the development of a method which provides reliable information about the chemotherapeutic sensitivity of pathogenic microorganisms using electrochemical measurement principles in a significantly shorter time and without the previously unavoidable conventional bacteriological effort.

Darlegung des Wesens der Erfindung;Explanation of the essence of the invention;

Grundvoraussetzung der erfindungsgemäßen Lösung dieser Aufgabe ist die in geeigneten Nährmedien jederzeit nachweisbare allgemeine Stoffwechselaktivität von Bakterien. Sie ist u.a. am einfachsten durch Messung des O^-Verbrauchs oder der COp-BiI-dung pro Zeiteinheit feststellbar.The basic requirement of the solution according to the invention to this task is the general metabolic activity of bacteria which can be detected at any time in suitable nutrient media. She is u.a. most easily detectable by measuring the O ^ consumption or the COp formation per unit time.

Die erfindungsgeiaäße'Lösung selbst geht von der Tatsache aus, daß alle, eine Bakterienpopulation schädigenden Einflüsse zwangsläufig meßbare negative Konsequenzen für die Stoffwechselaktivität haben müssen. Alle bisher entwickelten bakterio-The solution according to the invention itself is based on the fact that all influences which have a damaging effect on a bacterial population must inevitably have measurable negative consequences for the metabolic activity. All previously developed bacteriological

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statisch- oder bakterizidwirksamen Chemotherapeutika hemmen bei gegebener Empfindlichkeit der Bakterien deren Stoffwechselaktivität mit entsprechendem Rückgang des Qo-Verbrauchs bzw, der COp^-Produktion. Unter Verwendung handelsüblicher, ursprünglich jedoch hierfür nicht vorgesehener, Meßinstrumente und Elektroden ist es möglich, im Rahmen einer geeigneten Testanordnung aus dem Verhalten des pO2 bzw· P0O2 Schlüsse auf die chemotherapeutische !Empfindlichkeit der jeweils vorliegenden Erregerpopulation zu ziehen.Static or bactericidal chemotherapeutic drugs inhibit their metabolic activity with a corresponding sensitivity of the bacteria with a corresponding decrease in Qo consumption or COp ^ production. Using commercially available, but originally not intended, measuring instruments and electrodes, it is possible within the framework of a suitable test arrangement from the behavior of pO 2 or · P 0 O 2 conclusions on the chemotherapeutic! Sensitivity of each existing pathogen population to draw.

Darstellung des technologischen Vorgehens am Beispiel einer HarnwegsInfekt ion:Presentation of the technological procedure using the example of a urinary tract infection:

5 - 10 ml Urin (Einsatzmenge des Untersuchungsmaterial ist abhängig von der Geometrie der Elektrode!) werden durch kurzfristiges kräftiges Schütteln mit O2 angereichert und danach eine halbe Stunde bei 37 0G inkubiert. Besteht eine behandlungsbedürftige Bakteriurie (Keimzahl > lOvml), ist mit Ablauf der Inkubation der pO2 stark abgesunken bzw· der pOOp in gleicher Größenordnung angestiegen.5 - 10 ml of urine (amount of the test material depends on the geometry of the electrode!) Are enriched by short vigorous shaking with O 2 and then incubated for half an hour at 37 0 G. If there is a bacteriuria requiring treatment (bacterial count> 10Vml), the pO 2 has dropped sharply with the expiration of the incubation or the pOOp has increased in the same order of magnitude.

Zur sich sofort anschließenden 'Bestimmung der chemotherapeutischen JSßipfindlichkeit werden je nach Zahl der zu prüfenden Chemotherapeutika gleichvolumige Proben desselben Urins mit ausreichenden Mengen der Chemotherapeutika unter Zugabe von 10 - 20 mg z.B. eines Mono- oder Disaccharids versetzt. In jeweils einer Urinprobe wird ein Chemotherapeutikum getestet! I>ie zugefügten Chemotherapeutika-Dosen bewegen sich in der Größenordnung der im Urin erreichbaren bzw. notwendigen Konzentrationen. Die .Ansätze werden ca. 2 Std. bei 37 0C inkubiert, danach zur O^-Anreicherung kräftig geschüttelt und erneut eine halbe Std. bei 37 0G inkubiert und dann der pO2 oder pC02 gemessen, !empfindlichkeit'gegenüber einem Chemotherapeutikum liegt immer dann vor, -wenn die p0o- oder pC02-Änderung sich deutlich von der einer mitzuführenden Kontrolle ohne Chemotherapeutikumzusatz im Sinne einer -Abnahme der Stoffwechsel aktivität unterscheidet.For the immediate subsequent determination of the chemotherapeutic susceptibility, depending on the number of chemotherapeutic agents to be tested, equal-volume samples of the same urine are mixed with sufficient amounts of the chemotherapeutic agents with the addition of 10-20 mg of, for example, a mono- or disaccharide. In each urine sample a chemotherapeutic agent is tested! The dosages of chemotherapeutic agents added are on the order of the levels that can be achieved or required in the urine. The mixtures are incubated for about 2 hours at 37 0 C, then vigorously shaken to O ^ enrichment and incubated again for half an hour at 37 0 G and then the pO 2 or pC0 2 measured, 'sensitivity' to a chemotherapeutic agent is always present if the change in p0 o or pC0 2 differs markedly from that of a control to be carried out without the addition of chemotherapeutic agents in the sense of a decrease in metabolic activity.

In hintereinander ablaufenden Meßvorgängen können somit im Zeitraum von ca. 3 Std. nicht nur eine Harnwegsinfektion ausge-In consecutive measuring procedures, therefore, not only a urinary tract infection can be excluded within a period of about 3 hours.

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schlossen oder verifiziert, sondern zugleich die Voraussetzungen für eine optimale Chemotherapie geschaffen werden. Beim z.Zt· noch susschließlich angewandten konventionellen Vorgehen benötigt man hierzu mindestens 2-3 Tage. In gleicher Weise ist das beschriebene Verfahren auch zur Testung aller anderen im Zusammenhang mit infektiösen Prozessen isolierten Bakterien anwendbar, vorausgesetzt die Bakterien werden in ausreichender Menge in ein geeignetes flüssiges Näbxme&ium, z.B. Peptonlösung, gebracht· Die beschriebene Technologie gestattet im übrigen, derartige •Testungen weitgehend zu automatisieren und damit auch größere Serien rationell zu überprüfen.closed or verified, but at the same time the conditions for optimal chemotherapy are created. In the case of the currently used conventional procedure, this requires at least 2-3 days. Likewise, the method described is also applicable to the testing of all other bacteria isolated in connection with infectious processes, provided that the bacteria are transferred in sufficient quantity to a suitable liquid seed, e.g. Peptone solution, brought · The technology described allows moreover to automate such • tests largely and thus to check even larger series efficiently.

Claims (1)

Erfindungsanspruchinvention claim Verfahren zur Prüfung der chemotherapeutischen Empfindlichkeit von Bakterien, dadurch gekennzeichnet, daß unter Verwendung einer pO2~ oder pC02~Meßkette der Wert einer pO2-bzwe PCO2-Änderung in einer Bakteriensuspension bei Gegenwart eines Cheaotherapeutikums als Grad der chemotherapeutischen Empfindlichkeit bestimmt wird»Method for testing the chemotherapeutic sensitivity of bacteria, characterized in that using a pO 2 ~ or PC0 2 ~ electrode of the value of a pO 2 -bzw e PCO 2 is determined -Change in a bacterial suspension in the presence of a Cheaotherapeutikums as the degree of chemotherapeutic sensitivity »
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