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

慢性的な腰痛は、人類に共通する普遍的な経験であり、人生や動きから数年分を奪い去るような、重く持続的な痛みである。特定の患者グループにおいて、医師はMRIスキャンの中に一つの手がかりを見出すことができる。それは、脊椎と椎間板が接する部位の骨の中に存在する、炎症や脂肪の小さな斑点、いわゆる「モディック変化（Modic changes）」である。長年、研究者たちは、これらの変化が単なる摩耗や損傷によるものではなく、脊椎の奥深くに潜む静かな低レベルの細菌感染によって引き起こされているのではないかと考えてきた。最も有力な容疑者は、Cutibacterium acnesと呼ばれる細菌である。これは通常、人間の皮膚に無害に生息している細菌だが、体の深部に侵入するとトラブルを引き起こすことがある。もしこの仮説が真実であれば、治療法は抗生物質を用いるという単純なものになる。しかし、もし細菌が存在しないのであれば、あるいは細菌を見つけるためのテストに欠陥があるならば、患者は不必要に治療を受けたり、あるいは救済を得られないまま放置されたりすることになる。中心となる問いへの回答が困難であったのは、もし細菌が存在していたとしても、その数は非常に少なく、脊椎の硬い組織の中にまばらに散らばっている可能性が高いからである。

Persica Pharmaceuticalsやロックフェラー大学を含む複数の機関の研究者らによる新しい科学文献のレビューは、この感染症を巡る混乱は、証拠の欠如によるものではなく、科学者がそれを探求する方法の一貫性の欠如に起因することを示唆している。チームは、ヒトの椎間板組織から細菌を培養しようとした数十の研究を調査した。彼らは、これらのサンプルをテストするために用いられた手法が極めて多様であり、多くの研究が、自らのテストの感度がどの程度であるかを知るために必要な詳細な情報を報告できていないことを発見した。簡単に言えば、ある研究者はごくわずかな組織片を用い、細菌を見逃す可能性が高い方法で処理を行っていた一方で、他の研究者はより大きなサンプルを用い、より慎лоうな手法を用いていた。細菌の負荷が非常に低いことが予想されるため、これらの手法の違いは些細な詳細ではなく、感染を発見するか、あるいはサンプルが不純物（無菌）であると宣言するかを決める決定的な要因となるのである。

研究者たちは、これらの研究で使用された手法をマッピングし、手法の混沌とした状況を明らかにした。ある研究では数ミリグラム程度の組織サンプルを使用していたが、別の研究では1グラム近いサンプルを使用していた。ある研究者は組織を細かく刻んで大量の液体に混ぜ合わせ、細菌を希釈させていたが、他の研究者は液量を小さく保っていた。また、細菌の出現を2、3日しか観察しない研究もあれば、増殖の遅い細菌が現れるまでに1週間以上を要する場合もあった。このレビューは、テストが検出できる可能性のある最低限の細菌数を算出できるほどの十分な情報を提供した研究は、ごくわずかであることを強調した。この数値がなければ、「細菌は見つからなかった」という陰性の結果（テストの結果が「細菌なし」を示すこと）を、組織が清潔であるという証明として信頼することはできない。それは単に、テストがそこに存在するはずの少数の細菌を見つけるのに十分な感度を持っていなかっただけかもしれないのである。

最も顕著な発見の一つは、これらの手法の違いがいかに研究結果を変え得るかということであった。著者らは、大量の組織サンプルを用い、徹底的な混合を行い、長い培養期間を設けた「高感度プロトコル」を、小さなサンプルを用い、大量の希釈を行った「低感度プロトコル」と比較した。計算によれば、低感度の手法は、低レベルの感染を検出する確率が、高感度の手法に比べて約80倍も低かった。もし研究がより感度の低い手法を使用していたならば、より優れた手法が捉えるはずの感染の大部分を見逃していたであろう。これは、なぜある研究ではほとんどの患者に細菌が見つかり、別の研究では全く見つからないと報告されるのかという理由を説明する助けとなる。細菌は両方のケースで存在していたのかもしれないが、使用された道具が、感度の低い研究においては、その仕事をこなすにはあまりにも鈍すぎたため、真の感染と検出の失敗を区別することが不可能であったのである。

また、レビューでは、多くの研究において、患者が手術前に抗生物質を投与されていたかどうかが明確に報告されていないことも指摘された。これらの薬剤は感染を防ぐために手術中に投与されることが多いが、研究者が探そうとしているまさにその細菌を死滅させることもある。もし患者が、疑われている細菌に対して有効な特定の抗生物質を服用しており、手術直後に組織が採取された場合、細菌は死滅しているか、あるいは増殖できないほど弱まっている可能性があり、その結果、研究者は組織が不純物（無菌）であると誤って結論付けてしまう可能性がある。著者らは、一般的な抗生物質の一つであるセファゾリンが、実際に椎間板組織の深部まで浸透し得るため、細菌が存在していたとしても、その増殖を抑制してしまう可能性があると指摘した。多くの研究がこの変数を追跡していなかったため、これらの薬剤の使用が結果にどの程度影響を与えたのかを知ることは依然として不可能である。

おそらく最も重要な問題として特定されたのは、研究者が何を「感染」とし、何を「コンタミネーション（混入）」とするかを判断する方法であった。細菌が極めて少ない環境においては、ペトリ皿の上に現れる少数のコロニーの解釈は曖昧である。ある研究では、少数のコロニーを皮膚や環境からの汚染として自動的に退ける一方で、別の研究ではそれを感染の兆候として扱う。レビューによれば、これらの決定は、疾患を引き起こすためにどれだけの細菌が必要かという検証された理解に基づくものではなく、恣意的な閾値に基づいていることが多かった。明確で標準化されたルールがなければ、同じ結果であっても、ある研究では「疾患」とラベル付けされ、別の研究では「ミス」とされることになる。著者らは、この分野が、単なる推測による閾値から脱却し、細菌を正確にカウントし、その検出限界を報告できる定量的な手法へと移行する必要があると主張している。

著者らは、現在の研究内容は、慢性腰痛における細菌の役割について確固たる結論を導き出すにはあまりにも一貫性に欠けると結論づけている。サンプルの採取、処理、および分析の方法の差異により、研究を直接比較したり、陰性の結果を無菌の決定的な証拠として信頼したりすることは不可能となっている。彼らは、今後の研究はより厳格であるべきであり、科学者がどれだけの組織を使用したか、どのように処理したか、結果が出るまでどのくらい待ったか、そして自らのテストの最低検出限界はいくらであったかを正確に報告することを求めるべきだと示唆している。これらの基準が採用されない限り、静かな細菌感染が慢性的な腰痛を駆動しているのかという問いは、方法論的な不確実性によって曇ったままとなるだろう。進むべき道は、異なる手法を用いたさらなる研究ではなく、暗闇の中に何が隠れているのかをようやく見極めることができる、より優れた設計に基づいた、より少ない数の研究の中にある。