Sistemas automatizados para identificación bacteriana

En los últimos años, la automatización se ha extendido de manera constante a lo largo de las áreas de química y hematología clínica de los laboratorios de diagnóstico, mientras que a los laboratorios de microbiología clínica en gran medida, han sido excluidos de esta tendencia. Aunque la identificación microbiana automatizada y los sistemas de pruebas de susceptibilidad antimicrobiana automatizadas son ampliamente utilizadas en los laboratorios de microbiología, el procesamiento de muestras de microbiología y el diagnóstico, en particular, siguen siendo tareas principalmente manuales. Si bien reconocemos que algunos de los laboratorios más grandes de microbiología utilizan instrumentación urine-plating, la mayoría de los laboratorios de microbiología tienen poca o ninguna automatización en sus áreas de procesamiento de la muestra, con la excepción de algunos laboratorios en Europa occidental, Australia y las naciones del Medio Oriente. Aún pocos laboratorios han implementado alguna versión de automatización de laboratorio totales (TLA).

Los cambios asociados con la selección e implementación de soluciones de automatización de la microbiología implicarán una gestión importante y retos financieros sobre el liderazgo de laboratorio. De los principales impulsores de la automatización, la estandarización de los métodos de identificación de matriz asistida por láser de desorción-ionización por tiempo de vuelo (MALDI-TOF), espectrometría de masas (MS) y el transporte de muestras líquidas han permitido a los laboratorios de microbiología simplificar los sistemas de recogida y de identificación, creando un flujo de trabajo que puede ser optimizado con la automatización.

Varios factores han contribuido a la escasez actual de la automatización en los laboratorios de microbiología clínica. Estos incluyen las ideas que la microbiología es demasiado complejo para automatizar, ninguna máquina puede sustituir a un ser humano en el laboratorio de microbiología, la automatización es demasiado caro para los laboratorios de microbiología y laboratorios de microbiología son demasiado pequeños para automatizar.

Han surgido varias fuerzas impulsoras que están cambiando las actitudes acerca de la automatización. Estos se refieren a los cambios globales en la industria de laboratorio, la creciente escasez de personal capacitado, la disminución de reembolso, una creciente demanda de una mejor calidad, y dos muy importantes innovaciones tecnológicas: la introducción de dispositivos de transporte hisopo de base líquida y el surgimiento de la tecnología MALDI-TOF.

Los retos que enfrentan en la actualidad los laboratorios de microbiología es la realización de más pruebas (mayor en volumen y complejidad), para hacer frente a la creciente escasez de tecnólogos de microbiología capacitado y para hacer todo

esto en un clima económico donde el reembolso no es probable mantener con el aumento de los costos.

Evaluación entre las diferentes marcas de sistemas automatizados para test de susceptibilidad

Debe ser una tarea importante del laboratorio de microbiología la realización de pruebas de sensibilidad a antimicrobianos de aislamientos bacterianos. Estas pruebas tiene la finalidad de detectar la posible resistencia de agentes patógenos hacia determinados medicamentos y así asegurar la susceptibilidad a fármacos de elección para infecciones particulares. Los métodos de prueba más utilizados incluyen microdilución en caldo o métodos de instrumentos automatizados rápidos que utilizan materiales y dispositivos comercializados en el mercado. Cada método tiene sus puntos fuertes y débiles. Algunos proporcionan resultados cuantitativos (por ejemplo, la concentración mínima inhibitoria), y todos proporcionan evaluaciones cualitativas utilizando las categorías susceptible, intermedio o resistente.

Sistema de instrumentación automatizada. El uso de instrumentación puede estandarizar la lectura de los puntos finales, y además dan resultados en un período más corto que las lecturas manuales ya que los sistemas sensibles de detección óptica permiten detectar cambios sutiles en el crecimiento bacteriano. Hay 4 instrumentos automatizados actualmente aprobado por la FDA para su uso en los Estados Unidos. Tres de ellos puede generar resultados rápidos (3,5-16 h), mientras que el cuarto es un sistema durante la noche. El MicroScan WalkAway (Siemens Healthcare Diagnostics) es un dispositivo, incubador/lector autónomo, grande que puede incubar y analizar 40-96 bandejas de microdilución. El WalkAway utiliza bandejas de tamaño estándar que se hidratan y se inoculan de forma manual y luego se coloca en una de las ranuras de incubadoras en el instrumento. El instrumento incuba las bandejas para el período considerado, y los examina periódicamente, ya sea con un fotómetro o fluorómetro. Los paneles de prueba de susceptibilidad de gram-negativas que contienen sustratos fluorogénicos se pueden leer en 3,5-7 h.

El BD Phoenix Automated Microbiology System (BD Diagnostics) tiene un lector de gran incubadora con una capacidad para procesar 99 pruebas que contienen 84 pozos dedicados a diluciones dobles de antibióticos y se inoculan manualmente. El Phoenix monitorea cada panel cada 20 minutos utilizando tanto turbidométrico y colorimétrico (indicador de oxidación-reducción) de detección de crecimiento. Los paneles de prueba para estreptococos gram-negativos, gram-positivos, S. pneumoniae, β-hemolítico, y el grupo viridans están disponibles. Resultados de CIM se generan en 6-16 h.

El sistema Vitek 2 (bioMérieux) está altamente automatizado y utiliza tarjetas muy compactas de plástico de reactivos (tamaño de una tarjeta de crédito) que contienen microlitros de antibióticos y los medios de prueba en un formato de 64 pocillos. El Vitek 2 emplea monitoreo turbidimétrico repetitiva durante un período de incubación abreviada. El instrumento puede ser configurado para acomodar 30-240 pruebas simultáneas. Las tarjetas de susceptibilidad permiten probar el rápido crecimiento de bacterias aerobias gram-negativas, grampositivos comunes, y S. pneumoniae en un período de 4.10 h.

El Sensititre ARIS 2X (Trek Diagnostic Systems) es un sistema automatizado, trabaja toda la noche, incuba y lee con una capacidad de 64 paneles. Los paneles de ensayo son placas de microdilución de 96 pocillos estándar que pueden ser inoculadas con una Sensititre Autoinculator. El crecimiento se determina mediante la medición de la fluorescencia después de 18-24 horas de incubación. Los paneles de ensayo están disponibles para las bacterias gram-positivas y gram-negativas, S. pneumoniae, especies de Haemophilus, y no fermentadores bacilos gram-negativos.

La Phoenix, Sensititre ARIS 2X, Vitek 1 y 2, y los instrumentos WalkAway han mejorado los programas informáticos utilizados para interpretar los resultados de sensibilidad que incluyen "sistemas expertos" para el análisis de resultados de las pruebas de patrones atípicos y fenotipos de resistencia poco comunes. Estudios han demostrado que los resultados de las pruebas de susceptibilidad rápidas pueden conducir a cambios más oportunos para la terapia antimicrobiana, con lo que conlleva a un ahorro económico debido al menor número de pruebas de laboratorio adicionales que se realizan. Una de los primeras deficiencias de los métodos de pruebas de sensibilidad rápidas es la capacidad disminuida para detectar algunos tipos de resistencia a los antimicrobianos incluyendo inducibles ß-lactamasas y resistencia a la vancomicina. Sin embargo, los instrumentos recientemente aprobados por la FDA han hecho mejoras significativas en gran parte a través de modificaciones de programas informáticos de los instrumentos como la edición de los resultados de sensibilidad utilizando el software experto para evitar resultados poco probables de ser reportado. En algunos casos estas modificaciones dan como resultado una incubación prolongada (es decir mayor a 10 h) de los paneles de prueba para asegurar resultados precisos, haciendo así que sean menos "rápida".

Sistemas automatizados para siembras de medios de cultivo

La actual generación de procesadores de muestras tiene mucha más funcionalidad que los instrumentos como el InocuLAB (usados antiguamente). Los cuatro procesadores de muestras disponibles en la actualidad son el procesador Innova (BD Diagnostics, Sparks, MD), el dispositivo InoqulA automatización total/manual de la interacción (FA/MI), dispositivo de procesamiento de espécimen (BD Kiestra BV, Drachten, Países Bajos), el Previ Isola placa streaker automatizado (bioMérieux, Inc., Hazelwood, MO), y el procesador de muestras walk-away (WASP; Copan Diagnostics, Murrieta, CA). Cada uno de los 4 instrumentos es capaz de automatizar el procesamiento de una variedad de especímenes de base líquida.

Innova. Cuenta con 5 cajones de muestras, con cada uno con un máximo de 40 contenedores, con una capacidad máxima de 200 contenedores. Las muestras se pueden agregar a medida que llegan al laboratorio (código de barras). Innova utiliza un destapador universal que contenedores de diferentes tamaños no necesitan de ningún ajuste manual. Un cajón puede contener sólo un tubo de un solo tamaño en un momento dado. Hay 6 pilas de entrada con una capacidad de 45 placas cada uno (270 placas en total). Diferentes agares se pueden cargar en cada pila, o todas las pilas pueden mantener el mismo tipo de agar. Innova incluye una biblioteca completa de los patrones tradicionales de siembra; placas rayadas son expulsados en un carrusel de salida (5 pilas) y se pueden organizar en pilas de salida por parte de grupos de manera que no se requiere la clasificación después de rayar.

InoqulA FA/MI. Este procesador puede ser utilizado para la inoculación automatizada de muestras líquidas y siembra manual de otros tipos de muestras (tales como muestras tomadas de heridas) así como para la preparación de los portaobjetos. El proceso de siembra se realiza usando una perla magnética, y se puede obtener un rendimiento de hasta 400 placas/h. Los medios inoculados se pueden clasificar en un máximo de 4 casetes diferentes para diferentes atmósferas de incubación. La sección de la interacción manual del instrumento permite la inoculación manual de las muestras no líquidas, como puntas de catéter y torundas de heridas. Una vez inoculadas, son golpeadas con perlas magnéticas, como ocurre con las muestras de base líquida. Es necesaria una pipeta desechable para cada muestra de base líquida.

Previ Isola. Tiene 5 bastidores de diferentes tamaños, un tamaño para cada uno de los 5 tubos de muestras de diferentes diámetros. Todas las muestras deben estar destapado antes de ser colocado en el equipo. Hay 5 casetes de entrada con una capacidad de 30 placas en cada pila (150 placas en total). Diferentes placas se pueden cargar en cada pila, o todas las pilas pueden mantener el mismo tipo de agar. Placas sembradas son expulsadas en casetes de salida (3 pilas, 30

placas cada uno) y se pueden organizar por grupos de manera que no se requiere la clasificación después de rayar. Es necesaria una pipeta desechable para cada muestra, y se requiere un aplicador desechable para cada placa. El aplicador produce un patrón único de peine radial, y no hay otras opciones de patrón. La capacidad máxima es de 180 placas/h.

WASP. El WASP (walk-away specimen processor) utiliza la carga de muestras, y descarga transportadores con válvulas de diferentes tamaños para tubos de diferente diámetro. Utiliza un destapador universal que los contenedores de diferentes tamaños no requieren ningún ajuste manual. Hay 9 silos medianos, con una capacidad total de 342 a 370 placas (incluyendo placas bi). Cada silo o múltiples silos pueden contener un solo tipo de medio. El WASP utiliza dos brazos robot de montaje compatible (SCARA) para mover las muestras y placas. Incluye una biblioteca llena de patrones de rayas, y las placas sembradas pueden ser organizadas por grupos de manera que no se requiere la clasificación después de rayar. Las placas inoculadas se pueden marcar en el lado izquierdo de la placa. No se requieren insumos descartables para la muestra que platean con el WASP. Un módulo de Gram SlidePrep opcional está disponible para la preparación de diapositivas.

Los factores a considerar en la selección de un instrumento de procesamiento de muestras de microbiología son: precisión, capacidad, poyo técnico del fabricante, flexibilidad (tipos de muestras, loops, protocolos de inoculación, sistema de información de laboratorio [LIS]), capacidad, flexibilidad, modularidad y costos (costos iniciales, los costos de los suministros desechables requeridos, y los costos de mano de obra de operación).

Referencias bibliográficas

Paul P. Bourbeaua and Nathan A. Ledeboerb. Automation in Clinical Microbiology. J. Clin. Microbiol. June 2013 vol. 51 no. 6 1658-1665

L. Barth Reller, Section Editor and Melvin Weinstein, Section Editor James H. Jorgensen,and Mary Jane Ferraro. Antimicrobial Susceptibility Testing: A Review of General Principles and Contemporary Practices. Clin Infect Dis. (2009) 49 (11): 1749-1755.