Assay sensitivity and the interpretation of culture-based disc microbiology studies: a scoping review

Chronische Schmerzen im unteren Rücken sind eine universelle menschliche Erfahrung, ein schwerer, anhaltender Schmerz, der Jahre voller Leben und Bewegung stehlen kann. Für eine spezifische Patientengruppe können Ärzte einen Hinweis in einer MRT-Aufnahme sehen: kleine Entzündungsherde oder Fettablagerungen im Knochen, dort, wo die Wirbelsäule auf die Bandscheiben trifft – bekannt als Modic-Veränderungen. Jahrelang haben Forscher darüber nachgegrünt, ob diese Veränderungen durch eine stille, unterschwellige bakterielle Infektion verursacht werden, die tief im Inneren der Wirbelsäule verborgen liegt, anstatt nur durch Verschleiß zu entstehen. Der häufigste Verdächtige ist ein Bakterium namens Cutibacterium acnes, ein Keim, der normalerweise harmlos auf der menschlichen Haut lebt, aber manchmal Probleme verursachen kann, wenn er tief in den Körper gelangt. Wenn diese Theorie wahr ist, könnte die Behandlung so einfach wie eine Antibiotikagabe sein. Aber wenn die Bakterien nicht vorhanden sind oder wenn die Tests, die sie finden sollen, fehlerhaft sind, könnten Patienten unnötig behandelt oder ohne Linderung gelassen werden. Die zentrale Frage war bisher schwer zu beantworten, da die Bakterien, falls sie vorhanden sind, wahrscheinlich nur in sehr geringer Zahl vorliegen und spärlich im zähen Gewebe der Wirbelsäule verteilt sind.

Ein neuer Rückblick auf die wissenschaftliche Literatur, geleitet von Forschern mehrerer Institutionen, darunter Persica Pharmaceuticals und die Rockefeller University, legt nahe, dass die Verwirrung um diese Infektion nicht aus einem Mangel an Beweisen resultiert, sondern aus einer mangelnden Konsistenz darin, wie Wissenschaftler danach suchen. Das Team untersuchte Dutzende von Studien, die versuchten, Bakterien aus menschlichem Bandscheibengewebe zu kultivieren. Sie fanden heraus, dass die Methoden, mit denen diese Proben getestet wurden, wild variierten, und viele Studien versäumten es, die spezifischen Details zu berichten, die nötig wären, um zu wissen, wie empfindlich ihre Tests waren. Vereinfacht gesagt: Einige Forscher verwendeten winzige Gewebestücke und verarbeiteten sie auf eine Weise, die wahrscheinlich eine geringe Anzahl von Bakterien übersehen würde, während andere größere Proben und sorgfältigere Techniken anwandten. Da die bakterielle Last voraussichtlich sehr niedrig ist, sind diese methodischen Unterschiede keine nebensächlichen Details; sie sind der entscheidende Faktor zwischen dem Finden einer Infektion und der Feststellung, dass eine Probe steril ist.

Die Forscher kartierten die Methoden, die in diesen Studien verwendet wurden, und entdeckten eine chaotische Landschaft an Techniken. Einige Studien verwendeten Gewebeproben, die nur wenige Milligramm wogen, während andere Proben von fast einem Gramm Gewicht verwendeten. Einige Forscher häckselten das Gewebe in winzige Stücke und mischten es in ein großes Volumen an Flüssigkeit, was vorhandene Bakterien verdünnt, während andere das Volumen klein hielten. Einige Studien suchten nur zwei oder drei Tage lang nach Bakterien, während langsam wachsende Bakterien eine Woche oder länger benötigen könnten, um sichtbar zu werden. Der Rückblick hob hervor, dass nur ein winziger Bruchteil der Studien genügend Informationen lieferte, um die niedrigste Anzahl an Bakterien zu berechnen, die ihr Test theoretisch detektieren könnte. Ohne diese Zahl kann ein negatives Ergebnis – ein Test, der besagt „keine Bakterien gefunden“ – nicht als Beweis dafür vertraut werden, dass das Gewebe sauber ist. Es könnte schlichtweg bedeuten, dass der Test nicht empfindlich genug war, um die wenigen vorhandenen Bakterien zu sehen.

Eines der auffälligsten Ergebnisse war, wie diese methodischen Unterschiede das Ergebnis einer Studie verändern konnten. Die Autoren verglichen ein hochsensibles Protokoll, das eine große Gewebeprobe, eine gründliche Durchmischung und eine lange Inkubationszeit verwendete, mit einem niedrigsensiblen Protokoll, das eine winzige Probe und eine große Verdünnung nutzte. Die Mathematik zeigte, dass die weniger sensible Methode etwa achtzigmal weniger wahrscheinlich eine Infektion mit geringer Bakterienlast entdecken würde als die hochsensitive Methode. Wenn eine Studie die weniger sensible Methode verwendet hätte, hätte sie die überwältigende Mehrheit der Infektionen, die die bessere Methode erfassen würde, wahrscheinlich übersehen. Dies hilft zu erklären, warum einige Studien berichten, Bakterien bei den meisten Patienten zu finden, während andere berichten, keine zu finden. Die Bakterien könnten in beiden Fällen vorhanden gewesen sein, aber die Werkzeuge, die verwendet wurden, um sie zu finden, waren für die Aufgabe zu stumpf, was es unmöglich machte, zwischen einer echten Infektion und einem mangelnden Nachweis zu unterscheiden.

Der Rückblick wies auch darauf hin, dass viele Studien nicht klar berichteten, ob die Patienten vor ihrer Operation Antibiotika erhalten hatten. Diese Medikamente werden oft gegeben, um Infektionen während der Operation zu verhindern, aber sie können auch genau jene Bakterien töten, die Forscher eigentlich suchen. Wenn ein Patient ein spezifisches Antibiotikum erhielt, das wirksam gegen den vermuteten Keim ist, und das Gewebe kurz darauf entnommen wurde, könnten die Bakterien tot oder zu schwach zum Wachsen sein, was Forscher zu dem falschen Schluss führen könnte, das Gewebe sei steril. Die Autoren merkten an, dass ein häufig verwendetes Antibiotikum, Cefazolin, tatsächlich tief in das Bandscheibengewebe eindringen kann, was bedeuten könnte, dass es das Bakterienwachstum unterdrückt, selbst wenn die Bakterien vorhanden waren. Da viele Studien diese Variable nicht erfassten, bleibt es unmöglich zu wissen, wie sehr der Einsatz dieser Medikamente die Ergebnisse beeinflusst hat.

Das vielleicht bedeutendste Problem, das identifiziert wurde, war die Art und Weise, wie Forscher entschieden, was als Infektion und was als Kontamination galt. In einem Umfeld mit geringer Bakterienlast, in dem Bakterien selten und vereinzelt vorkommen, ist das Finden einer geringen Anzahl von Kolonien auf einer Petrischale mehrdeutig. Einige Studien deklarierten niedrige Zahlen automatisch als Kontamination durch die Haut oder die Umgebung, während andere sie als Anzeichen einer Infektion behandelten. Der Rückblick fand heraus, dass diese Entscheidungen oft auf willkürlichen Grenzwerten basierten statt auf einem validierten Verständnis darüber, wie viele Bakterien nötig sind, um eine Krankheit zu verursachen. Ohne eine klare, standardisierte Regel kann dasselbe Ergebnis in einer Studie als Krankheit und in einer anderen als Irrtum bezeichnet werden. Die Autoren argumentieren, dass das Feld sich von diesen Schätzgrenzwerten weg und hin zu quantitativen Methoden bewegen muss, die Bakterien genau zählen und deren Detektionsgrenzen melden können.

Die Autoren kommen zu dem Schluss, dass der aktuelle Forschungsstand zu inkonsistent ist, um fundierte Aussagen über die Rolle von Bakterien bei chronischen Rückenschmerzen zu treffen. Die Variation in der Art und Weise, wie Proben gesammelt, verarbeitet und analysiert werden, macht es unmöglich, Studien direkt zu vergleichen oder negative Ergebnisse als definitiven Beweis für Sterilität zu vertrauen. Sie schlagen vor, dass die zukünftige Forschung strenger sein muss und von Wissenschaftlern verlangt, genau anzugeben, wie viel Gewebe sie verwendet haben, wie sie es verarbeitet haben, wie lange sie auf Ergebnisse warteten und was die niedrigste detektierbare Grenze ihres Tests war. Bis diese Standards übernommen werden, wird die Frage, ob eine stille bakterielle Infektion chronische Rückenschmerzen antreibt, durch methodische Unsicherheit getrübt bleiben. Der Weg nach vorne liegt nicht in mehr Studien mit unterschiedlichen Methoden, sondern in weniger, besser konzipierten Studien, die endlich sehen können, was sich in der Dunkelheit verbirgt.