《Microbiology Spectrum》：Clinical comparison of the BIOFIRE Joint Infection Panel using synovial fluid and tissue biopsy samples
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这篇研究评估了快速分子检测技术BIOFIRE关节感染（JI）检测试剂盒在滑液（SF）与组织活检（TB）样本中对骨与关节感染的诊断价值。研究表明，相比传统培养方法，该试剂盒可显著提高病原体检出率，尤其在混合感染中优势明显。当SF样本检测结果为阴性或不确定时，对TB样本进行聚合酶链反应（PCR）检测可提供有价值的补充诊断信息，有助于临床快速制定治疗策略。
引言
骨与关节感染，包括化脓性关节炎、人工关节感染（PJI）、骨髓炎和脊柱感染，具有高发病率，治疗困难，常需手术、长期抗菌治疗，并存在败血症、关节破坏、慢性疼痛和残疾等风险，给医疗系统带来沉重的经济负担。这类感染的诊断复杂，病因学诊断对治疗成功至关重要。尽管传统的微生物培养仍是病因诊断的金标准，但它存在周转时间慢、假阴性结果（尤其是在已接受抗生素治疗的患者中）等局限性。
在此背景下，为了加强微生物学诊断，近年来开发了多种分子生物学技术以克服传统培养方法的局限。BIOFIRE关节感染（JI）检测试剂盒是一种快速多重聚合酶链反应（PCR）诊断检测方法，用于检测和鉴定与化脓性关节炎和PJI相关的31种微生物以及8种抗菌素耐药性（AMR）基因。该工具的多中心评估已显示，在滑液（SF）样本中具有较高的灵敏度（90.9%）和特异性（98.5%）。
有时，由于无法从患者处采集样本，或SF培养结果为阴性，无法通过SF获得微生物病原体检测结果。在这种情况下，通过PCR方法分析在无菌条件下获得组织活检（TB）样本，可能有助于提供及时的结果。本研究旨在评估使用BIOFIRE JI检测试剂盒检测化脓性关节炎和PJI潜在病原体时，TB样本（制造商使用说明[IFU]中未指示的样本类型）与SF样本相比的诊断率。
材料与方法
本研究在两个地理位置不同的欧盟中心（法国里昂市民医院和西班牙马德里Fundación Jiménez Díaz大学医院）进行，时间跨度约1年9个月（2018年5月至2020年2月）。纳入所有年龄段的残余SF和配对的TB样本。所有TB样本在检测前均在分子级水或磷酸盐缓冲盐水（PBS）中均质化。所有标本均从怀疑骨或关节感染的标准治疗（SOC）培养检测的剩余物中获取。从伦理委员会获得了使用残余SF和TB标本以及收集受试者医疗记录信息的知情同意豁免。
本研究使用了与市售（即FDA批准、CE标志）体外诊断版本相同的仅供研究用版本的BIOFIRE JI检测试剂盒。所有操作均按照制造商的IFU进行。每份样本取约200微升进行BIOFIRE JI检测试剂盒测试。该检测试剂盒包括自动核酸提取、逆转录、核酸扩增和自动结果分析，每次运行（即每个样本）约需1小时。
两个研究中心均遵循其自身的标准、已验证的程序来确定SOC培养结果，且培养始终在新鲜样本上进行。通过审查受试者医疗信息的图表获得所有SF和TB标本的培养结果。
使用Kappa系数确定不同诊断技术之间的一致性。统计分析和用R统计语言版本4.2.1进行。由于为每个受试者收集和测试的TB样本数量不等，部分分析参考了TB样本的BIOFIRE JI检测试剂盒结果和培养结果的复合结果。复合结果的计算原则是：任何单个测试的阳性结果导致复合结果为阳性；所有单个测试均为阴性则导致复合结果为阴性。
结果
在研究期间，共收集了151份SF标本（即每位受试者1份）和324份TB标本（每位受试者1至4份）。具体而言，从57名受试者中收集了恰好1份TB，从38名受试者中收集了恰好2份TB，从33名受试者中收集了恰好3份TB，从23名受试者中收集了恰好4份TB。总体SF与TB的比例为1:2.14。大多数受试者年龄在65岁或以上（68.9%），男性占52.3%。大多数受试者样本取自有关节假体的受试者（132/151；87.4%）。主要来源部位是膝关节（79/151；52.3%），其次是髋关节（63/151；41.7%）。
BIOFIRE JI检测试剂盒SF测试在48名（31.7%）受试者中给出了至少一个阳性病原体结果，其中9名受试者显示了多重病原体结果。BIOFIRE JI检测试剂盒复合TB测试在55名（36.4%）受试者中给出了至少一个阳性病原体结果，其中15名受试者显示了多重病原体结果。在87.5%（42/48）的BIOFIRE JI检测试剂盒SF测试为阳性的受试者中，检测试剂盒鉴定的微生物与BIOFIRE JI检测试剂盒复合TB结果完全匹配。
比较BIOFIRE JI检测试剂盒SF和复合TB结果，有2名受试者通过测试SF（与TB相比）检测到了额外的病原体，有6名受试者通过测试该受试者可用的所有TB（与单个SF结果相比）检测到了额外的病原体。
单一微生物感染受试者的BIOFIRE JI检测试剂盒比较
本研究将单一微生物受试者定义为所有BIOFIRE JI检测试剂盒SF和TB结果总和产生一个或多个检测，且所有检测均为单一微生物的受试者。在42名单一微生物受试者中，28名受试者的SF和TB结果均为阳性，5名受试者仅在SF上为阳性，9名受试者仅在TB上有阳性结果。
单一微生物感染的统计分析
对包含单一微生物受试者的数据集进行了两项分析。首先，通过计算Kappa系数评估了使用SF样本测试的BIOFIRE JI检测试剂盒结果与使用TB测试的BIOFIRE JI检测试剂盒结果之间的一致性。在测试SF的BIOFIRE JI检测试剂盒结果与测试TB的BIOFIRE JI检测试剂盒结果之间检测到了良好的一致性（kappa = 0.73）。最后，通过计算Kappa系数评估了测试SF的BIOFIRE JI检测试剂盒结果与测试相应样本类型的培养结果之间，以及测试TB的BIOFIRE JI检测试剂盒结果与培养结果之间的一致性。在SF的BIOFIRE JI检测试剂盒结果与培养之间检测到了良好的一致性（kappa = 0.77），在TB的BIOFIRE JI检测试剂盒结果与培养之间检测到了更好的一致性（kappa = 0.80）。
多重微生物感染受试者的BIOFIRE JI检测试剂盒比较
本研究将多重微生物受试者定义为所有BIOFIRE JI检测试剂盒SF和TB结果总和产生两个或更多检测，且至少鉴定出两种微生物的受试者。在19名多重微生物受试者中，14名受试者的SF和TB结果均为阳性，1名受试者仅在SF上为阳性，4名受试者仅在TB上有阳性结果。在4名受试者中，当SF测试为阴性时，BIOFIRE JI检测试剂盒在TB标本中检测到了额外的微生物。在另外6名受试者中，BIOFIRE JI检测试剂盒在SF中仅检测到一种微生物，而在TB中检测到了额外的微生物。最后，在4名受试者中，BIOFIRE JI检测试剂盒在SF中检测到的微生物比在TB中更多。
有两名受试者的BIOFIRE JI检测试剂盒复合TB结果（肠杆菌属复合体、肺炎克雷伯菌组/小单胞菌、金黄色葡萄球菌、链球菌属）在BIOFIRE JI检测试剂盒SF、SF培养和TB培养中均为阴性。一名受试者的BIOFIRE JI检测试剂盒SF结果（粪肠球菌、变形杆菌属）在BIOFIRE JI检测试剂盒复合TB、SF培养和TB培养中均为阴性。
BIOFIRE JI检测试剂盒与培养的比较
比较单一微生物受试者的BIOFIRE JI检测试剂盒SF结果和SF培养结果，42名受试者中有34名的结果一致；27名为阳性，7名为阴性。关于不一致的结果，通过BIOFIRE JI检测试剂盒SF获得了6个额外结果：4个金黄色葡萄球菌（其中3个被BIOFIRE JI检测试剂盒在TB中检测到），1个路邓葡萄球菌，和1个链球菌属（也被BIOFIRE JI检测试剂盒在TB培养中检测到）。SF培养中观察到的2个检测被BIOFIRE JI检测试剂盒SF遗漏，1个是阴沟肠杆菌，1个是白色念珠菌。在这两种情况下，BIOFIRE JI检测试剂盒都在TB中检测到了这些微生物。
关于多重微生物受试者，与SF和TB培养相比，BIOFIRE JI检测试剂盒SF和TB检测到了更多的微生物。对于19名多重微生物受试者，BIOFIRE JI检测试剂盒在SF和/或TB上检测到了46种微生物，但所有培养均未检出。9名受试者的SF和/或TB培养结果仅产生单一微生物，而BIOFIRE JI检测试剂盒SF和/或TB检测到不止一种微生物。值得注意的是，在3名受试者中，SF和TB培养为阴性，而至少一项BIOFIRE JI检测试剂盒测试检测到不止一种微生物。
讨论
微生物培养仍然是骨关节感染的金标准技术。然而，培养的灵敏度并非最佳，大约10%-15%的患者尽管存在真实感染，但培养结果为阴性。为此，人们开发了分子学方法来提高微生物学诊断的灵敏度，包括专门为PJI设计的PCR试剂盒。
不同的临床研究已经证明了BIOFIRE JI检测试剂盒在改善骨关节感染诊断方面的潜力。一项多中心评估记录了其与培养相比更高的诊断精度、更短的病原体和耐药性检测时间，以及高灵敏度和特异性。这些研究是使用SF样本进行的，而本研究首次在两个临床环境中评估了其与SF和TB（一种超说明书使用的样本类型）联合使用的效果。
我们的结果显示了BIOFIRE JI检测试剂盒的潜在应用，可增强骨与关节感染的微生物学诊断，这可能对患者的临床管理产生决定性影响。我们的研究结果表明，与传统的培养方法相比，使用BIOFIRE JI检测试剂盒可以提高诊断率，特别是在多重微生物感染的情况下。本研究中分析的单一微生物感染显示，SF和TB的BIOFIRE JI检测试剂盒结果与培养结果之间具有良好的一致性。另一项使用Unyvero ITI检测试剂盒的研究显示，在约82%的病例中，试剂盒结果与培养结果一致。此外，在SF的PCR结果与TB的PCR结果之间也观察到了强一致性。
此外，我们观察到，与培养方法相比，使用BIOFIRE JI检测试剂盒检测多重微生物感染的数量有所增加，尤其是在组织样本中。先前的研究表明，传统的培养技术可能会漏检多重微生物感染。这些差异的出现可能是由于在琼脂平板上一种菌株的生长压倒了生长较慢的微生物，也可能受到先前抗生素治疗的影响。另外，我们观察到，尽管SF结果为阴性，但TB的BIOFIRE JI检测试剂盒结果却为阳性，反之亦然。这部分是因为通常从同一受试者收集多个组织样本，这可能有助于提高诊断率，特别是对于呈现的复合结果。此外，与SF相比，附着在植入物上的组织样本（特别是在慢性感染中）具有更高的细菌载量，可能促成了这些发现。
本研究的主要局限性是缺乏受试者的详细临床特征。无法通过比较临床医生的诊断来确定培养阴性但BIOFIRE JI检测试剂盒阳性的病例是确凿的真阳性还是假阳性。另一个局限性是从每个受试者收集的TB数量缺乏同质性，在测试更多TB的受试者中，诊断率预计会更高。此外，与所有综合征PCR试剂盒一样，并非所有引起骨和关节感染的微生物都被包含在内。因此，这种方法存在遗漏未被试剂盒靶向的微生物的风险。该技术应始终与传统的培养方法结合使用，以分离未被检测到或未包含在试剂盒中的微生物，并进行抗生素敏感性测试。在本研究中，只有念珠菌属代表真菌；与JI相关（但不常见）的其他霉菌未包括在内。检测结果应在多学科团队中根据患者的临床背景进行评估，以优化手术翻修策略、抗菌药物管理并改善患者管理。希望在更大规模的前瞻性研究中评估BIOFIRE JI检测试剂盒在TB上的实用性。
在我们的研究中，我们证明了BIOFIRE JI检测试剂盒相比传统培养技术提高了诊断率。根据我们的结果，SF样本的BIOFIRE JI检测试剂盒阳性结果在检测试剂盒内潜在病原体方面比培养具有更高的诊断率。
需要注意的是，根据BIOFIRE JI检测试剂盒的预期用途，TB样本类型并非指示的样本类型，制造商尚未评估此样本类型的性能。虽然在BIOFIRE JI检测试剂盒上测试TB是超说明书使用，但我们的分析表明，BIOFIRE JI检测试剂盒的复合TB结果与BIOFIRE JI检测试剂盒SF结果一致，并且与复合TB培养结果相比具有更高的诊断率。
如果临床上高度怀疑感染，并且SF的PCR检测结果为阴性或不可行，那么对TB进行PCR检测可能是有益的，特别是在需要及时结果以进行适当的患者管理时。当SF的PCR检测和培养结果均为阴性，TB培养结果也为阴性，但仍有强烈的化脓性关节炎或人工关节感染怀疑时，这种方法也可能是必要的。
