Novel and rapid tests for diagnosis of tuberculosis using non-sputum specimens
Date
2023-12
Authors
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Stellenbosch : Stellenbosch University
Abstract
ENGLISH ABSTRACT: Diagnosis of TB remains a challenge, as in 2021, 60% of those who developed active TB were diagnosed. Xpert Ultra MTB/RIF (Ultra) is endorsed for TB diagnosis on sputum, but at the advent of the study, more data on the usefulness of Ultra on non-sputum specimens, particularly in HIV-endemic settings, were needed. Moreover, the impact of different sample processing such as sample concentration of non-sputum specimens by centrifugation on Ultra has not been previously investigated. Lastly, data on how Ultra on site-of-disease non-sputum specimens directly compares to other tests, either on site-of-disease or non-site-of-disease non-sputum specimens remain limited. Firstly (chapter 2), we showed that in patients with presumptive TB lymphadenitis (TBL), Ultra detects more TBL cases than Xpert MTB/RIF (Xpert), Ultra’s predecessor, and results in more people being placed on treatment. Ultra’s increased sensitivity on fine needle aspirate biopsies (FNABs) does however come with decreased specificity, and this was not significantly associated with HIV status or the use of alternate reference standards. Furthermore, we showed that study Ultra detected more TBL cases than programmatic Ultras when both tests were done, indicating that optimisation of programmatic testing of FNABs would result in improved TBL diagnosis. Moreover, we showed that FNAB Ultra false-negative results are associated with PCR inhibition. Lastly, we showed that in patients with presumptive TBL, urine-Ultra had low sensitivity. Thereafter (chapter 3), we found that in people living with HIV (PLHIV) with presumptive TB pericarditis, Ultra on unconcentrated pericardial fluid had higher sensitivity and lower specificity overall when compared to Xpert. We also found that comparing Ultra to alternate reference standards did not improve sensitivity. Exclusion of Ultra results is the superior recategorization strategy in pericardial fluid (unlike reclassifying trace results as negative). Additionally, we showed that using concentrated pericardial fluid on Ultra resulted in higher Ultra specificity but more non-actionable results. This suggests that laboratories with adequate fluid volume and capacity should concentrate pericardial fluid when possible. Furthermore, we showed that the high sensitivity of uIFN-γ on pericardial fluid is offset by its’ poor specificity, indicating that Ultra is the superior test on pericardial fluid. Lastly, Urinary Ultra and TB-LAM had low sensitivity but could reduce the need for pericardiocentesis for TB pericarditis diagnosis in 4% of patients, highlighting their potential. Thirdly (chapter 4), in patients with presumptive TB pleuritis, we showed that Ultra had similar sensitivity but higher diagnostic yield compared to Xpert, and exclusion or reclassification of trace results to negative does not increase sensitivity. Additionally, alternate reference standards and HIV status did not significantly increase Ultra’s sensitivity. Furthermore, we showed that testing Ultra with concentrated pleural fluid increases Ultra specificity, but this also increases non-actionable results, and this was also observed in pericardial fluid. Moreover, we showed that uIFN-γ on pleural fluid had high sensitivity and moderate specificity, suggesting that laboratories with sufficient funding and infrastructure should use uIFN-γ concentration for TB pleuritis diagnosis. Finally, we showed that Ultra and TB-LAM on urine could reduce the need for thoracentesis in a subset of patients for TB pleuritis diagnosis, particularly in PLHIV. Lastly (chapter 5), we showed that in bronchial fluid (BF), Ultra’s diagnostic accuracy was not
significantly different between bronchoalveolar lavage fluid (BALF) and bronchial wash fluid (BWF), and thus they were not stratified in downstream analyses for TB diagnosis. We also showed that Ultra on concentrated BF had higher sensitivity and lower specificity when compared to Xpert (HIV and alternate reference standards did not significantly change Ultra’s sensitivity and specificity). Moreover, 4 in 5 Ultra “false-positives” started empirical treatment, which suggests that Ultra on BF could be detecting TB cases missed by culture. We also showed that programmatic Ultra testing on BF would benefit from optimisation as study Ultras detected more TB cases. Moreover, we showed that uIFN-γ should not be used on BF for TB diagnosis due to its’ poor sensitivity. Lastly, we showed that urinary-Ultra had low sensitivity, but still detected TB missed by tests on site-of-disease fluid, highlighting its’ usefulness. In terms of outputs, this dissertation has resulted in four first author manuscripts. One has been published in a peer reviewed journal (chapter 2) and the others’ (chapters 3, 4 and 5) are submission ready. Additionally, three ancillary publications (one of which was co-first authored) are briefly discussed in chapter 8 and can be found in the appendices. Some of this research was presented by the candidate at an international and national peer-reviewed conference. In summary, this work shows Ultra’s high sensitivity and moderate sensitivity on FNABs, pericardial fluid, pleural fluid, and BF in patients with presumptive TBL, TB pericarditis, TB pleuritis and PTB. We can therefore recommend a positive Ultra, with the inclusion of trace results, for TB diagnosis in these non-sputum specimens.
AFRIKAANSE OPSOMMING: Diagnose van TB bly 'n uitdaging, want in 2021 is 60% van diegene wat aktiewe TB ontwikkel het is gediagnoseer. Xpert Ultra MTB/RIF (Ultra) word onderskryf vir TB-diagnose op sputum, maar met die koms van die studie was meer data oor die bruikbaarheid van Ultra op niesputummonsters, veral in MIV-endemiese omgewings, nodig. Boonop is die impak van verskillende monsterverwerking soos monsterkonsentrasie van nie-sputummonsters deur sentrifugering op Ultra nie voorheen ondersoek nie. Laastens, data oor hoe Ultra op plek-vansiekte nie-sputummonsters direk kan vergelyk word met ander toetse op plek-van-siekte of nieplek- van-siekte nie-sputummonsters bly steeds beperk. Eerstens (hoofstuk 2) het ons getoon dat in pasiënte met vermoedelike TB limfadenitis (TBL), Ultra meer TBL-gevalle opgespoor as Xpert MTB/RIF (Xpert), Ultra se voorganger, en dit het aanleiding gegee dat meer mense op behandeling geplaas word. Ultra se verhoogde sensitiwiteit op fynnaald aspiraatbiopsies (FNABs) kom egter met verminderde spesifisiteit, en dit was nie beduidend geassosieer met MIV-status of die gebruik van alternatiewe verwysingstandaarde nie. Verder het ons getoon dat studie Ultra meer TBL-gevalle as programmatiese Ultras opgespoor het wanneer beide toetse gedoen is, wat aandui dat optimalisering van programmatiese toetsing van FNABs verbeterde TBL-diagnose tot gevolg sou hê. Verder het ons getoon dat FNAB Ultra vals-negatiewe resultate geassosieer word met PCR-inhibisie. Laastens het ons getoon dat by pasiënte met vermoedelike TBL, urine-Ultra lae sensitiwiteit tot gevolg gehad het. Daarna (hoofstuk 3) het ons gevind dat in mense met MIV (MMIV) en met vermoedelike TBperikarditis, Ultra op ongekonsentreerde perikardiale vloeistof hoër sensitiwiteit en laer spesifisiteit in die algemeen gehad het in vergelyking met Xpert. Ons het ook gevind dat die vergelyking van Ultra met alternatiewe verwysingstandaarde nie sensitiwiteit verbeter het nie. Uitsluiting van Ultra-resultate is die beter herkategoriseringstrategie in perikardiale vloeistof (anders as om spoor as negatief te herklassifiseer). Daarbenewens het ons getoon dat die gebruik van gekonsentreerde perikardiale vloeistof op Ultra gelei het tot hoër Ultra spesifisiteit, maar meer nie-uitvoerbare resultate. Dit dui daarop dat laboratoriums met voldoende vloeistofvolume en kapasiteit, waar moontlik, perikardiale vloeistof moet konsentreer. Verder het ons getoon dat die hoë sensitiwiteit van uIFN-γ op perikardiale vloeistof geneutraliseer word deur sy swak spesifisiteit, wat aandui dat Ultra die superieure toets op perikardiale vloeistof is. Laastens, Urinary Ultra en TB-LAM het lae sensitiwiteit gehad, maar kon die behoefte aan perikardiosentese vir TB-perikarditis-diagnose in 4% van pasiënte verminder, wat hul potensiaal beklemtoon het. Derdens (hoofstuk 4), in pasiënte met vermoedelike TB-pleuritis, het ons getoon dat Ultra soortgelyke sensitiwiteit maar hoër diagnostiese opbrengs in vergelyking met Xpert gehad het, en uitsluiting of herklassifikasie van spoorresultate na negatief en nie sensitiwiteit verhoog nie. Daarbenewens het alternatiewe verwysingstandaarde en MIV-status nie Ultra se sensitiwiteit aansienlik verhoog nie. Verder het ons getoon dat die toets van Ultra met gekonsentreerde pleurale vloeistof Ultra-spesifisiteit verhoog, maar dit verhoog ook nie-werkbare resultate, en dit is ook waargeneem in perikardiale vloeistof. Verder het ons getoon dat uIFN-γ op pleurale vloeistof hoë sensitiwiteit en spesifisiteit het, wat daarop dui dat laboratoriums met die nodige befondsing en infrastruktuur die toets moet gebruik vir TB pleuritis diagnose. Ten slotte het ons getoon dat Ultra en TB-LAM die behoefte aan torasentese in 'n subset van pasiënte vir TB pleuritis diagnose kan verminder word, veral in MMIV. Laastens (hoofstuk 5), het ons getoon dat in brongiale vloeistof (BF) die diagnostiese akkuraatheid nie betekenisvol verskil tussen brongoalveolêre spoelvloeistof (BALF) en brongiale spoelvloeistof (BWF) nie, en dus is hulle nie gestratifiseer in stroomaf-ontledings vir TB-diagnose nie. Ons het ook getoon dat Ultra op gekonsentreerde BF hoër sensitiwiteit en laer spesifisiteit gehad het in vergelyking met Xpert (MIV en alternatiewe verwysingstandaarde het nie Ultra se sensitiwiteit en spesifisiteit aansienlik verander nie). Verder, 4 uit 5 Ultra "valspositiewe" het empiriese TB behandeling begin, wat daarop dui dat Ultra op BF TB-gevalle kan opspoor wat deur kultuur gemis word. Ons het ook gewys dat programmatiese Ultratoetsing op BF by optimalisering baat sal vind, aangesien studie-Ultra's meer TB-gevalle opgespoor het. Boonop het ons getoon dat uIFN-γ nie op BF vir TB-diagnose gebruik moet word nie weens die swak sensitiwiteit daarvan. Laastens het ons gewys dat urinêre-Ultra lae sensitiwiteit het, maar steeds TB opgespoor het wat gemis is deur toetse op die plek van siektevloeistof, wat die bruikbaarheid daarvan beklemtoon het. Wat uitsette betref, het hierdie proefskrif vier eerste skrywer-manuskripte tot gevolg gehad. Een is in 'n eweknie-geëvalueerde joernaal gepubliseer (hoofstuk 2) en die ander (hoofstukke 3, 4 en 5) is gereed vir indiening. Daarbenewens word drie bykomende publikasies (waarvan een mede-eerste skrywer was) kortliks in hoofstuk 8 bespreek en kan in die bylaes gevind word. Sommige van hierdie navorsing is deur die kandidaat by 'n internasionale en nasionale eweknie-geëvalueerde konferensie aangebied.
AFRIKAANSE OPSOMMING: Diagnose van TB bly 'n uitdaging, want in 2021 is 60% van diegene wat aktiewe TB ontwikkel het is gediagnoseer. Xpert Ultra MTB/RIF (Ultra) word onderskryf vir TB-diagnose op sputum, maar met die koms van die studie was meer data oor die bruikbaarheid van Ultra op niesputummonsters, veral in MIV-endemiese omgewings, nodig. Boonop is die impak van verskillende monsterverwerking soos monsterkonsentrasie van nie-sputummonsters deur sentrifugering op Ultra nie voorheen ondersoek nie. Laastens, data oor hoe Ultra op plek-vansiekte nie-sputummonsters direk kan vergelyk word met ander toetse op plek-van-siekte of nieplek- van-siekte nie-sputummonsters bly steeds beperk. Eerstens (hoofstuk 2) het ons getoon dat in pasiënte met vermoedelike TB limfadenitis (TBL), Ultra meer TBL-gevalle opgespoor as Xpert MTB/RIF (Xpert), Ultra se voorganger, en dit het aanleiding gegee dat meer mense op behandeling geplaas word. Ultra se verhoogde sensitiwiteit op fynnaald aspiraatbiopsies (FNABs) kom egter met verminderde spesifisiteit, en dit was nie beduidend geassosieer met MIV-status of die gebruik van alternatiewe verwysingstandaarde nie. Verder het ons getoon dat studie Ultra meer TBL-gevalle as programmatiese Ultras opgespoor het wanneer beide toetse gedoen is, wat aandui dat optimalisering van programmatiese toetsing van FNABs verbeterde TBL-diagnose tot gevolg sou hê. Verder het ons getoon dat FNAB Ultra vals-negatiewe resultate geassosieer word met PCR-inhibisie. Laastens het ons getoon dat by pasiënte met vermoedelike TBL, urine-Ultra lae sensitiwiteit tot gevolg gehad het. Daarna (hoofstuk 3) het ons gevind dat in mense met MIV (MMIV) en met vermoedelike TBperikarditis, Ultra op ongekonsentreerde perikardiale vloeistof hoër sensitiwiteit en laer spesifisiteit in die algemeen gehad het in vergelyking met Xpert. Ons het ook gevind dat die vergelyking van Ultra met alternatiewe verwysingstandaarde nie sensitiwiteit verbeter het nie. Uitsluiting van Ultra-resultate is die beter herkategoriseringstrategie in perikardiale vloeistof (anders as om spoor as negatief te herklassifiseer). Daarbenewens het ons getoon dat die gebruik van gekonsentreerde perikardiale vloeistof op Ultra gelei het tot hoër Ultra spesifisiteit, maar meer nie-uitvoerbare resultate. Dit dui daarop dat laboratoriums met voldoende vloeistofvolume en kapasiteit, waar moontlik, perikardiale vloeistof moet konsentreer. Verder het ons getoon dat die hoë sensitiwiteit van uIFN-γ op perikardiale vloeistof geneutraliseer word deur sy swak spesifisiteit, wat aandui dat Ultra die superieure toets op perikardiale vloeistof is. Laastens, Urinary Ultra en TB-LAM het lae sensitiwiteit gehad, maar kon die behoefte aan perikardiosentese vir TB-perikarditis-diagnose in 4% van pasiënte verminder, wat hul potensiaal beklemtoon het. Derdens (hoofstuk 4), in pasiënte met vermoedelike TB-pleuritis, het ons getoon dat Ultra soortgelyke sensitiwiteit maar hoër diagnostiese opbrengs in vergelyking met Xpert gehad het, en uitsluiting of herklassifikasie van spoorresultate na negatief en nie sensitiwiteit verhoog nie. Daarbenewens het alternatiewe verwysingstandaarde en MIV-status nie Ultra se sensitiwiteit aansienlik verhoog nie. Verder het ons getoon dat die toets van Ultra met gekonsentreerde pleurale vloeistof Ultra-spesifisiteit verhoog, maar dit verhoog ook nie-werkbare resultate, en dit is ook waargeneem in perikardiale vloeistof. Verder het ons getoon dat uIFN-γ op pleurale vloeistof hoë sensitiwiteit en spesifisiteit het, wat daarop dui dat laboratoriums met die nodige befondsing en infrastruktuur die toets moet gebruik vir TB pleuritis diagnose. Ten slotte het ons getoon dat Ultra en TB-LAM die behoefte aan torasentese in 'n subset van pasiënte vir TB pleuritis diagnose kan verminder word, veral in MMIV. Laastens (hoofstuk 5), het ons getoon dat in brongiale vloeistof (BF) die diagnostiese akkuraatheid nie betekenisvol verskil tussen brongoalveolêre spoelvloeistof (BALF) en brongiale spoelvloeistof (BWF) nie, en dus is hulle nie gestratifiseer in stroomaf-ontledings vir TB-diagnose nie. Ons het ook getoon dat Ultra op gekonsentreerde BF hoër sensitiwiteit en laer spesifisiteit gehad het in vergelyking met Xpert (MIV en alternatiewe verwysingstandaarde het nie Ultra se sensitiwiteit en spesifisiteit aansienlik verander nie). Verder, 4 uit 5 Ultra "valspositiewe" het empiriese TB behandeling begin, wat daarop dui dat Ultra op BF TB-gevalle kan opspoor wat deur kultuur gemis word. Ons het ook gewys dat programmatiese Ultratoetsing op BF by optimalisering baat sal vind, aangesien studie-Ultra's meer TB-gevalle opgespoor het. Boonop het ons getoon dat uIFN-γ nie op BF vir TB-diagnose gebruik moet word nie weens die swak sensitiwiteit daarvan. Laastens het ons gewys dat urinêre-Ultra lae sensitiwiteit het, maar steeds TB opgespoor het wat gemis is deur toetse op die plek van siektevloeistof, wat die bruikbaarheid daarvan beklemtoon het. Wat uitsette betref, het hierdie proefskrif vier eerste skrywer-manuskripte tot gevolg gehad. Een is in 'n eweknie-geëvalueerde joernaal gepubliseer (hoofstuk 2) en die ander (hoofstukke 3, 4 en 5) is gereed vir indiening. Daarbenewens word drie bykomende publikasies (waarvan een mede-eerste skrywer was) kortliks in hoofstuk 8 bespreek en kan in die bylaes gevind word. Sommige van hierdie navorsing is deur die kandidaat by 'n internasionale en nasionale eweknie-geëvalueerde konferensie aangebied.
Description
Thesis (PhD)--Stellenbosch University, 2024.