Automation in the Clinical Microbiology

Automation in the Clinical Microbiology
Laboratory
Automatisation du laboratoire de
microbiologie clinique
Carey-Ann D. Burnham, Moderateur1,*, W. Michael Dunne Jr., Expert1,2, Gilbert Greub,
Expert3, Susan M. Novak, Expert4 et Robin Patel, Expert5
Affiliations des auteurs
1
Département de pathologie & immunologie et pédiatrie, École de médecine de l’université
de Washington, St. Louis, MO, USA
2
bioMérieux, Inc., Durham, NC, USA
3
Institut de microbiologie, Université de Lausanne et Centre hospitalier universitaire,
Lausanne, Suisse,
4
Groupe médical Permanente de Californie du Sud, Laboratoires régionaux de référence,
Kaiser Permanente, North Hollywood, CA, USA
5
Division de macrobiologie clinique, Clinique Mayo, Rochester, MN, USA.
* Adresse de correspondance de cet auteur : Département de pathologie & immunologie,
École de médecine de l’université de Washington, St. Louis, MO 63110, USA. Email
[email protected].
Le laboratoire de microbiologie clinique a toujours été considéré comme « rudimentaire »,
surtout lorsqu'on le compare au laboratoire de biochimie clinique. Cependant, des systèmes
émergent pour le laboratoire de microbiologie clinique avec la possibilité d'automatiser
pratiquement tous les domaines de tests, y compris l'inoculation des plaques de culture de base,
la détection de la croissance sur des milieux de culture, l'identification des micro-organismes, les
tests de sensibilité et l'extraction et la détection d'acides nucléiques dans des échantillons
cliniques. En conséquence, la charge de travail dans le laboratoire de microbiologie est en train
de changer à un rythme rapide et les microbiologistes ont pour défi de choisir l'automatisation la
plus appropriée, cliniquement utile et rentable pour leur laboratoire. Nous avons demandé à 4
experts dans ce domaine, de laboratoires de microbiologie clinique aux États-Unis et en Europe,
ainsi que de l'industrie, de commenter la faisabilité et l'impact de l'automatisation du laboratoire
de microbiologie clinique.
Utilisez-vous actuellement ou prévoyez-vous d’utiliser une plate-forme d'automatisation dans
votre laboratoire de microbiologie ? Si oui, quelles sections de votre laboratoire sont/seront
automatisées ?
Robin Patel : Le laboratoire de microbiologie de la clinique Mayo réalise des analyses depuis
1911. Bien que certaines analyses d’aujourd'hui ressemblent à celles effectuées il y a un siècle,
nous avons de nombreux exemples de tests ultramodernes automatisés. Il s'agit notamment des
hémocultures, des plates-formes sérologiques de maladies infectieuses et des diagnostics utilisant
les acides nucléiques ou la protéomique, pour n'en nommer que quelques-uns. Depuis plus de
deux décennies, les laboratoires de microbiologie utilisent des instruments d'hémoculture
automatisés qui « détectent » la croissance microbienne dans les échantillons d'hémoculture et
« signalent » les échantillons positifs pour que les techniciens de laboratoire y prêtent
immédiatement attention. Auparavant, la disponibilité de ces systèmes (dans le passé pas si
lointain), les techniciens de laboratoire évaluaient manuellement chaque flacon d’hémoculture à
plusieurs reprises. Aujourd’hui, les techniciens ne pourraient plus revenir en arrière et utiliser
une méthode manuelle utilisée il y a à peine trois décennies de cela. Comme pour de nombreux
tests de biochimie, de nombreux tests sérologiques de maladies infectieuses sont effectués sur
des plates-formes automatisées. Les diagnostics utilisant les acides nucléiques, comme dans
notre laboratoire depuis plus de deux décennies, évoluent vers des formats de type « boîte noire »
automatisés. Nous utilisons une installation d'extraction d'acides nucléiques de base préparatoire
pour les analyses de microbiologie moléculaire en aval. Par ailleurs, plusieurs de nos platesformes d'amplification d’acides nucléiques sont entièrement automatisées. Enfin, la
spectrométrie de masse (SM)6 MALDI-TOF a révolutionné l'identification des bactéries et des
champignons dans notre laboratoire. Le succès de cette plate-forme automatisée réside dans les
progrès en SM et bio-informatique. Avec sa mise en œuvre, nous avons été en mesure de réduire
non seulement les délais d'exécution, mais aussi les coûts liés à l'identification des organismes.
Susan M. Novak : Les laboratoires régionaux de Kaiser Permanent de Californie du Sud sont
des laboratoires centralisés à fort débit couvrant 14 hôpitaux et plus de 100 cliniques où
l'automatisation est une nécessité. Notre système de soins de santé intégrés travaille pour les
membres d’une vaste zone géographique, en s'appuyant sur un laboratoire de référence centralisé
pour le traitement et l’analyse d'environ 4000 échantillons bactériologiques par jour. Notre
laboratoire de bactériologie est automatisé depuis 2002 avec une instrumentation de mise en
culture semi-automatisée et automatisée. Plus de 80 % des échantillons bactériologiques arrivent
au laboratoire central pour leur traitement et mise en culture. En raison du large volume
d'échantillons, la décision a été prise il y a quelques années de capitaliser sur les économies faites
à grande échelle et de permettre une mise en culture centralisée. Cela a également permis
d'améliorer la qualité de la mise en culture et d’atténuer les blessures ergonomiques grâce à
l'automatisation de fonctions manuelles répétitives. Le délai de traitement des échantillons dans
les centres médicaux était une autre raison pour que notre système de soins de santé choisisse de
centraliser et automatiser la mise en culture microbiologique. On s’attend à ce que notre système
de laboratoire augmente au cours des prochaines années et nous allons automatiser davantage la
bactériologie avec des processeurs supplémentaires, des incubateurs à puce et une microbiologie
numérique sur deux sites. Cette expansion et l’augmentation du volume des analyses vont nous
permettre d'intégrer une automatisation supplémentaire dans le cadre du laboratoire afin de
continuer à atteindre l'objectif d’analyses de laboratoire de qualité et rentables. D'autres aspects
de notre département de microbiologie sont automatisés avec des analyseurs à haut-débit
aléatoires et bidirectionnels pour les analyses sérologiques et l'automatisation de l'analyse
moléculaire des maladies infectieuses.
Gilbert Greub : Compte tenu de la pénurie actuelle de ressources financières et l'augmentation
concomitante de l'activité de notre laboratoire de microbiologie de diagnostic clinique d'environ
4 % à 12 % par an, nous avons décidé d'aller vers un laboratoire de bactériologie entièrement
automatisé. Nous considérons également l'automatisation comme une priorité pour nos
laboratoires sérologiques et de diagnostic moléculaire. Compte tenu de la facilité de
manipulation automatique des échantillons reçus sous un format liquide, l'automatisation des
laboratoires sérologiques est relativement simple. La même chose est vraie en ce qui concerne
les laboratoires de diagnostic moléculaire, dès que les premières étapes de l'extraction d'ADN ont
été effectuées. Ainsi, dans notre laboratoire de diagnostic moléculaire, nous utilisons maintenant
l'automatisation pour la plupart des extractions d’ADN et des PCR. L’automatisation des PCR a
été associée à (a) une charge de travail des techniciens réduite, (b) des taux de contamination de
PCR réduits (<1 %), et (c) une réduction du temps d’attente des résultats (< 24 h).
Dans notre laboratoire de bactériologie, depuis l'automne 2011, nous utilisons un système
d'inoculation automatisé qui a été choisi parmi tous les systèmes disponibles à l'époque en
fonction de différents critères, notamment le nombre et la diversité des échantillons reçus chaque
jour dans notre laboratoire. Ce système réduit considérablement la charge de travail des
techniciens grâce à l’inoculation automatique et l’étalement de chaque échantillon, l’étiquetage
et le tri des plaques de gélose inoculées, et la préparation des frottis pour une coloration de
Gram. Pour l'identification microbienne, nous utilisons actuellement deux systèmes automatisés
autonomes. En 2015, nous allons passer à un laboratoire entièrement automatisé, en ajoutant les
pièces manquantes du puzzle, à savoir, des incubateurs à puce, une imagerie numérique de
grande qualité, un système de picking de colonies automatisé, et toutes les courroies de transport
nécessaires entre les différents instruments.
Quel(le)s caractéristiques ou critères sont/seraient les plus importants pour vous lors du choix
d'un système d'automatisation de laboratoire ?
Susan M. Novak : D’après notre expérience, il y a plusieurs caractéristiques tout aussi
importantes les unes que les autres qui doivent être prises en considération lors du choix de
l'automatisation du laboratoire. Le volume d'échantillons, la diversité et la rapidité de l'arrivée
des échantillons dans le laboratoire détermineront le nombre d'instruments nécessaires, les
exigences de débit et le type d'automatisation. Le débit est une mesure très importante qui doit
être soigneusement évaluée. La capacité d'automatisation du laboratoire doit suivre une
trajectoire semblable et soutenir le volume d'échantillons global de chaque laboratoire individuel.
En plus du débit, la fiabilité (durée médiane jusqu’à défaillance) de l'automatisation est
extrêmement importante. Si les ajustements en matière de personnel sont fondés sur la mise en
œuvre de l'automatisation, il est extrêmement important d'avoir une instrumentation robuste avec
peu de temps d'arrêt et d'impact négatif sur le flux de travail quotidien. Des arrêts excessifs ont
un impact sur le personnel (c'est-à-dire des heures supplémentaires en plus du temps d'exécution)
et même sur le moral de l’équipe. La mise en œuvre de l'automatisation dans le laboratoire est
une décision complexe et l'effet négatif d'une mauvaise décision n'est pas suffisamment souligné.
Il est important que les fournisseurs se rendent compte qu'ils doivent devenir des partenaires et
aider les laboratoires dans la gestion des modifications avec le personnel au fur et à mesure que
l'automatisation est intégrée dans le cadre du laboratoire. L’ « acceptation » par les employés est
essentielle à la réussite d'un nouveau test ou d’une pièce d'automatisation. D'autres critères sont
importants et il est conseillé aux laboratoires envisageant l'automatisation d'obtenir des conseils
auprès de collègues qui ont une expérience préalable de sorte que l'impact ergonomique de toute
nouvelle acquisition d'automatisation soit bien compris.
Robin Patel : Plusieurs problèmes sont à prendre en considération. Le coût est primordial : estce que le système va augmenter ou diminuer les coûts d'exploitation ? Une augmentation des
coûts est associée aux instruments, réactifs et/ou des consommables jetables. Les systèmes
automatisés devraient être écologiques, en d'autres termes, les réactifs et des consommables
jetables devraient être minimes. On s’attend à ce qu’une réduction des coûts se fasse
essentiellement sur le personnel. La sécurité dans le laboratoire est un facteur important, car il
peut y avoir des risques pour le personnel du laboratoire liés à l'automatisation, suite à une
exposition à des micro-organismes dangereux ou à un matériel dangereux. Aussi bizarre que cela
puisse paraître, nous avons eu des instruments de laboratoire qui ont blessé du personnel ! Il faut
également considérer l'espace : y a-t-il assez d’espace pour accueillir l'automatisation (et
combien de modifications seront nécessaires) ?
L'automatisation peut « résoudre » des problèmes dans le laboratoire. Nos techniciens et
assistants de laboratoire ont souffert de blessures ergonomiques (par exemple, en raison de la
répétition du pipetage), qui sont évitées grâce à l'automatisation. Le contrôle qualité peut être
amélioré, étant donné que l’erreur humaine est évitée. Le risque de contamination par des acides
nucléiques des tests de diagnostic moléculaire doit cependant être pris en considération, même à
l'ère de l'automatisation. Les systèmes doivent assurer l’interface avec les dossiers médicaux
électroniques pour la commande de l’analyse et le compte-rendu des résultats. Le débit en
volume doit être pris en considération. Un système/instrument peut-il gérer les volumes du
laboratoire ? Existe-t-il des modules pour que le système puisse évoluer en fonction des volumes
des analyses ? Les récipients de collecte des échantillons peuvent nécessiter d’être normalisés
pour s'intégrer aux systèmes automatisés. Cette tâche apparemment anodine peut s’avérer
monumentale dans un grand cadre de travail. L'évaluation des instruments n'est pas toujours
possible avec une automatisation complète du laboratoire, un facteur qui influe sur le processus
de prise de décision (par exemple, le laboratoire doit-il adopter une plate-forme spécifique ?).
Les laboratoires devront examiner plusieurs stratégies pour valider l'automatisation. Enfin,
comme les laboratoires dépendent de plus en plus de l'automatisation, il faudra régler les
problèmes de défaillance du système (suite à une panne de l'appareil ou à un manque de
disponibilité des produits jetables). Des plans de secours devront être soigneusement examinés
pour chaque étape du processus, y compris la réception et le traitement des échantillons, les tests
et l'analyse des résultats et le compte-rendu. Nous avons connu de multiples situations où nous
sommes passés d'un certain type de test à une plate-forme automatisée pour nous apercevoir que
la plate-forme été inutilisable en raison d’une panne de l'appareil ou d’un manque de
disponibilité des produits jetables nécessaires (qui sont souvent fournis par des fournisseurs
uniques). Dans de telles situations, le laboratoire peut être coincé pour certains tests. Le manque
de disponibilité des produits jetables pour les systèmes couramment utilisés peut avoir un impact
considérable sur les soins de santé à travers le pays et dans le monde.
Quel serait l’impact de l’automatisation sur le fonctionnement de votre laboratoire et le
rythme de travail ? Les laboratoires de microbiologie vont-ils devenir des « laboratoires
24h/24 » ?
Robin Patel : D’après notre expérience, l'automatisation a des effets spectaculaires dans ces
domaines. Pour chaque système adopté, les laboratoires doivent réévaluer le fonctionnement, la
charge de travail, l'espace et les affectations du personnel. Notre laboratoire fonctionne 24h/24
7j/7, donc une automatisation accrue ne changera pas nos heures de fonctionnement ! Cependant,
au cours de la prochaine décennie, je m'attends à voir une plus grande automatisation, y compris
l’incubation robotique de plaques de culture et la lecture automatisée des plaques de culture,
ainsi que l'identification automatique et les tests de sensibilité antimicrobienne des colonies
cultivées sur plaques (par exemple en utilisant des « appareils de picking de colonies »).
L'automatisation des tâches fastidieuses permettra la réaffectation du personnel aux zones de
travail à haute valeur ajoutée nécessitant l'utilisation accrue de leurs compétences intellectuelles.
Les techniciens en microbiologie du futur devront probablement mettre en application certaines
de leurs compétences via des interfaces informatiques (plutôt que par la manipulation une à une
de plaques de culture).
W. Michael Dunne, Jr. : Si un arbre tombe dans la forêt et qu’il n’y a personne pour l’entendre,
cela fait-il du bruit ?
Cela veut dire que plus les résultats des patients cliniquement recevables seront transmis aux
médecins rapidement, plus le traitement approprié sera administré rapidement. Ceci, à son tour,
pourrait potentiellement réduire la durée globale d'hospitalisation, avec des réductions
concomitantes des coûts des soins aux patients et des risques d’infections nosocomiales et une
amélioration du devenir des patients. Le temps d’attente des résultats (TAR) peut être réduit d’un
certain nombre de façons, y compris par l'utilisation de plates-formes de diagnostic rapide [par
exemple, la PCR en temps réel (RT-PCR)] ou l'exécution de tests de manière plus fréquente.
L’automatisation en microbiologie laisse entrevoir un traitement des échantillons en temps réel
qui, couplé à des modalités de diagnostic rapide, pourrait réduire considérablement le TAR et,
par conséquent, générer des issues positives pour les patients. Cependant, l’automation ne veut
pas dire que le système fonctionne par lui-même. Des modifications supplémentaires de
fonctionnement nécessitent un support du personnel (au moins jusqu'à ce que des algorithmes
d'intelligence artificielle permettent l’interprétation précise et le traitement des cultures en
l'absence de l'homme). Si des résultats pertinents des patients sont générés et affichés sur le
système d'information du laboratoire à des heures indues de la journée ou de la nuit, mais non
vérifiés par le personnel médical, alors le bénéfice est perdu et la dépense supplémentaire
occasionnée par un fonctionnement sur 24 heures n'est pas rentable en termes de devenir pour les
patients. Je me souviens d'une situation où le laboratoire avait adopté le dépistage par RT-PCR
du staphylocoque doré résistant à la méthicilline (SARM). En raison du coût des témoins, le test
n’était effectué qu’une fois par jour dans l'après-midi. Après évaluation plus poussée, il a été
constaté que les résultats n'étaient examinés par le personnel de prévention des infections que le
lendemain matin. Si les échantillons avaient été mis en culture sur des supports de dépistage du
SARM au moment de leur réception, les résultats auraient été disponibles plus tôt, et dans de
nombreux cas avec des caractéristiques de performances similaires et un isolat pour des tests
ultérieurs. Ceci ne s'applique pas nécessairement aux tests de laboratoires de référence dont les
résultats sont facturés directement aux clients et la charge de travail supplémentaire des tests en
dehors des heures de travail génère de vrais revenus. Dans ce cas, la décision d'offrir une analyse
24h/24 est fonction des bilans financiers, où les recettes supplémentaires sont contrebalancées
par les dépenses en termes de main-d'œuvre et les coûts opérationnels. En résumé, la réponse à
cette question devrait se baser sur au moins 2 options : l’amélioration du devenir des patients et
l’augmentation des recettes du laboratoire. Ce serait bien si les deux étaient réalisés.
Gilbert Greub : Une disponibilité 24h/24 7j/7 de certains tests immuno-chromatographiques, de
certains examens microscopiques directs tels que les frottis sanguins pour Plasmodium spp., et
de PCR sélectionnées est justifiée en fonction de l'impact clinique et de la valeur ajoutée d’un
TAR court. Toutefois, étant donné la difficulté de maintenir une équipe de nuit, le coût social
associé et l’impact clinique relativement faible d’une couverture 24h/24 7j//7 pour la plupart des
processus de microbiologie, une microbiologie 24h/24 n'est pas un objectif de notre laboratoire
de bactériologie central. Néanmoins, l'automatisation va clairement modifier notre charge de
travail et notre organisation. Depuis que des plaques d'agar peuvent être automatiquement
vérifiées par imagerie numérique à intervalles réguliers et les plaques stériles automatiquement
jetées, le TAR s’est nettement amélioré, en particulier si le temps de travail de technicien est
augmenté, par exemple de 6 h à 22 h. En outre, se diriger vers une télé-bactériologie entièrement
informatisée sera une opportunité majeure pour améliorer les conditions de travail par la lecture
des plaques d'agar dans des bureaux calmes situés à côté, mais en dehors, du laboratoire central,
avec un gain attendu en termes de qualité et de productivité.
Un système totalement automatisé est-il approprié pour tous les types de laboratoires ? Un
volume quotidien minimum d’échantillons est-il nécessaire pour supporter une plate-forme
automatisée ?
W. Michael Dunne, Jr. : La réponse est simple « ça dépend ». De quoi cela dépend-il ? Tout
d'abord, l'évolutivité et la modularité sont importantes. Est-ce qu’un système de microbiologie
automatisé peut être adapté de manière appropriée pour accueillir le volume d'échantillons et les
types d’échantillons des laboratoires de microbiologie individuels avec des ajustements de coûts
associés et une possibilité d’accroitre le débit plus tard ? Par exemple, je me souviens d'un
instrument mis au point au début des années 2000 pour analyser 300 échantillons d'urine par
heure et générer des données de susceptibilité et d’identification rudimentaires pour les
échantillons s’ils étaient positifs. Le problème avec ce modèle, c'est que très peu de laboratoires
avaient les volumes pour justifier l'achat de l'instrument, et une version réduite n'était pas
disponible. Le système était également très volumineux et il était difficile de l’installer dans le
laboratoire sans travaux de démolition. Par conséquent, si qu’une seule proposition en termes de
taille est développée par les fabricants, elle pourrait limiter le marché aux laboratoires de très
gros volume. La modularité permettrait également aux laboratoires de différentes tailles de
mettre en œuvre des unités spécifiques du système. Deuxièmement, la disponibilité de la maind'œuvre qualifiée est une considération importante. Comme le pipeline de personnes qui suivent
une formation en sciences de laboratoire clinique à tous les niveaux d'études diminue, la
concurrence d’engagement entre les laboratoires va probablement augmenter, de même que les
coûts liés aux salaires compétitifs et aux avantages sociaux (offre et demande). La disponibilité
réduite d'une main-d'œuvre qualifiée, même dans les petits laboratoires, devrait probablement
pousser la balance en faveur de systèmes automatisés, de sorte que moins de personnes
pourraient gérer la charge de travail tout en consacrant plus de temps à l'interprétation et d'autres
processus complexes. Troisièmement, les économies médicales sont importantes. La main
d’œuvre, je pense, restera l'élément le plus coûteux de n'importe quelle ligne budgétaire d’un
laboratoire, de sorte qu'il serait souhaitable de stabiliser et minimiser les effets des coûts de
main-d’œuvre croissants et des pénuries. Le remboursement devrait également être pris en
compte dans l'équation, et je ne peux pas m'empêcher de penser que les taux de remboursement
des tiers payeurs et des organismes gouvernementaux ne sont pas prêts d’augmenter de sitôt.
Quatrièmement, la complexité des échantillons fait une différence. Clairement, un laboratoire qui
traite plusieurs centaines d'échantillons d'urine par jour serait plus disposé à l'automatisation
qu'un autre qui traite un mélange de types d'échantillons complexes. Pour revenir à la question, la
réponse se trouve évidemment quelque part entre un petit laboratoire qui traite 5 prélèvements
buccaux et 10 cultures urinaires par jour et un grand laboratoire universitaire ou de référence qui
évalue des centaines de milliers de cultures de différents types d’échantillons quotidiennement.
Gilbert Greub : Au-dessous d'un seuil donné, le coût du système automatisé et de son entretien
va l'emporter sur les avantages en termes de temps d’exploitation et de qualité. Le volume
d'échantillons minimum quotidien requis pour supporter une plate-forme automatisée sera
différent pour chaque plate-forme, et des études coût-efficacité sont justifiées pour définir ces
seuils. Toutefois, ces analyses de coût n’existent pas encore pour les systèmes de microbiologie
automatisés. Par exemple, si l'on considère les différents systèmes d’inoculation actuellement sur
le marché, il est évident qu'ils ciblent les laboratoires de taille moyenne, car ils peuvent inoculer
jusqu'à 180 à 270 plaques d'agar par heure. Ce débit est également optimal pour les grands
laboratoires qui utilisent généralement plusieurs systèmes d'inoculation en parallèle pour faciliter
l'organisation de la charge de travail et fournir le renfort nécessaire en cas de panne technique.
Les systèmes automatisés sont optimaux lorsque la charge de travail est continue, c'est-à-dire,
que leur efficacité diminue lorsque les échantillons sont traités de manière discontinue.
Susan M. Novak : Parce que tous les laboratoires ne sont pas égaux, en fonction de l’intensité et
de l'étendue du travail accompli, je ne crois pas que des systèmes totalement automatisés seront
appropriés pour tous les laboratoires. L’intégration de l'automatisation complète du laboratoire
sera fortement tributaire du volume des échantillons et de la nécessité de devenir plus efficace
dans le milieu de travail et va réduire le personnel associé aux tâches manuelles qui peuvent être
automatisées. Je crois que les laboratoires de moyenne à grande taille seront en mesure de
justifier l'automatisation complète du laboratoire plus facilement parce que l'achat d'équipements
peut être lié à un « retour sur investissement » par rapport au nombre de personnes nécessaires
dans le laboratoire pour effectuer certaines tâches. Les laboratoires de moindre importance
adopteront peut-être une approche modulaire de l'automatisation, en choisissant des modules ou
des pièces d'automatisation qui aident le laboratoire. Selon divers fournisseurs de plates-formes
d'instrumentation de mise en culture, la limite pour un instrument de mise en culture semble être
d'environ 200 échantillons par jour. Mais certains fournisseurs pensent que les plus petits
laboratoires pourraient aussi utiliser cette automatisation. Cela dit, étant donné que
l'automatisation complète du laboratoire est une nouveauté en microbiologie, chaque laboratoire
doit effectuer une analyse afin de déterminer quelles automatisations, le cas échéant, seraient
appropriées.
Prévoyez-vous que l’adoption d’une plate-forme de microbiologie automatisée vous limiteriez
à l’utilisation des produits d’un seul fournisseur ?
Susan M. Novak : C'est une question très intéressante et que de nombreux laboratoires doivent
se poser lorsqu’ils considèrent l'automatisation en microbiologie. Aujourd'hui, il y a plusieurs
pièces d'automatisation qui ont été implantées dans le laboratoire de microbiologie clinique
depuis des années (c'est-à-dire, les systèmes d'identification/sensibilité et d'hémoculture). Dans
certains cadres de laboratoire, comme la nôtre, les instruments de mise en culture d'échantillons
ont été intégrés pour répondre aux besoins pré-analytiques. Étant donné que ces instruments ne
sont pas liés les uns aux autres, il n'y a jamais eu le besoin de connectivité. Le besoin
d'intégration change avec l'arrivée de l'automatisation complète du laboratoire. Par exemple, si
les plaques sont transférées via un transporteur en dessous d’un incubateur à puce avec un
appareil photo numérique et une colonie est choisie pour des tests d’identification ou de
sensibilité, la plaque doit être envoyée vers une pièce d'équipement qui permet de recueillir la
colonie et d’inoculer les matières nécessaires. Dans ce scénario, la connectivité est une condition
préalable à l'automatisation complète du laboratoire. Que va-t-il se passer si chaque appareil de
l'automatisation provient de différents fournisseurs ? Juste parce qu’un laboratoire choisit des
instruments de mise en culture pré-analytiques ou un incubateur numérique, ne doit pas signifier
que l'instrument d'identification/sensibilité doit être changé ou que le laboratoire va devoir payer
pour le faire. La question demeure et les logiciels pour ces systèmes seront-ils « accessibles » et
est-ce que divers instruments de différents fabricants pourront communiquer entre eux ? Si ce
n'est pas le cas, alors cela pourrait imposer une énorme charge sur le laboratoire. Le
remplacement de plusieurs instruments en même temps aurait un impact sur les dépenses
d'investissement et également sur le nombre de validations qui doivent être effectuées lors de
l'intégration de nouveaux équipements dans le cadre du laboratoire.
Gilbert Greub : L’adoption d'une plate-forme de microbiologie automatisée peut restreindre
l'utilisation des produits proposés par un autre fournisseur. Certaines entreprises tentent de
protéger leur marché en proposant des systèmes automatisés avec très peu ou pas de
compatibilité avec les systèmes d'autres fabricants. Heureusement, la prise de conscience
croissante des microbiologistes cliniques sur l'importance d'une telle compatibilité technique
pousse progressivement l'industrie à proposer des solutions flexibles. De plus, certaines options
de logiciel intermédiaires sont disponibles qui peuvent résoudre certaines incompatibilités entre
différents systèmes automatisés et entre un système automatisé et le système d'information du
laboratoire.
À l’ère de l'automatisation des laboratoires, pensez-vous que la microbiologie « de routine »
continuera d'être réalisée par des techniciens spécialisés en microbiologie, ou pensez-vous que
des techniciens non spécialisés et/ou des chimistes seront impliqués dans ces analyses ?
Gilbert Greub : Les laboratoires de microbiologie auront toujours besoin de techniciens
spécialisés en microbiologie à plusieurs stades, dont la microscopie et l’interprétation des
plaques d’agar, puisque ces activités représenteront toujours une étape essentielle gouvernant les
décisions sur les mesures prises en aval. Grâce à l'automatisation, la proportion de tâches
répétitives nécessitant des connaissances limitées diminue alors que les tâches spécialisées vont
augmenter, tout comme le besoin de compétences spécifiques en matière de technologie de
l'information.
W. Michael Dunne, Jr. : Oui (selon une autre répartition !). À une extrémité du spectre, des
procédés moins complexes, c'est-à-dire l’enregistrement des échantillons, le chargement des
échantillons dans les systèmes de mise en culture automatisés, la lecture et l'interprétation des
milieux de criblage, l’extraction, le repiquage et la préparation à la coloration de gram des
hémocultures positives, la préparation des échantillons pour une extraction d’acides nucléiques,
les tests de sensibilité aux antimicrobiens (TSA), l'identification (y compris la SM MALDITOF), et l'interprétation de certains types de culture (par exemple, l'urine) peuvent être
facilement accomplis par des techniciens de laboratoire et des techniciens non spécialisés bien
formés. Cependant, je crois fermement que l'interprétation correcte des cultures d'échantillons
plus complexes (par exemple, voies respiratoires, génito-urinaire, gastro-intestinale,
néphrostomie, urine, liquide céphalo-rachidien, sang, tissus, abcès et implants) dans le cadre de
l'information pertinente pour le patient nécessite une formation plus ciblée et une certaine
expérience. Cela est particulièrement vrai pour l'interprétation des résultats des TSA. Je suis
microbiologiste clinique depuis plus de 30 ans et il m’arrive de me retrouver face à des résultats
que je ne peux pas expliquer. Cela ne veut pas dire que les techniciens non spécialisés et/ou les
chimistes cliniciens ne peuvent pas arriver à ce niveau d'expérience au fil du temps, mais cela
nécessite conseils et mentorat. L’automatisation en microbiologie n’invalide en rien le besoin de
compétences d'interprétation. Au contraire, les systèmes automatisés devraient améliorer
l'efficacité des spécialistes en microbiologie en leur permettant de consacrer leur attention sur la
résolution de problèmes et l'interprétation des résultats d’échantillons ou de procédés complexes.
En outre, l'automatisation en microbiologie n'a pas encore supplanté la nécessité d’expliquer les
résultats des tests aux cliniciens d'une manière claire et bien informée ou de suggérer d'autres
tests supplémentaires. Donc, à mon avis, il incombe au laboratoire de microbiologie clinique
entièrement automatisé d’établir un bon mélange de spécialistes en microbiologie pour la
formation, l’interprétation des résultats et l'interface avec les médecins et de techniciens non
spécialisés capables de maintenir une charge de travail accélérée.
Susan M. Novak : Les équipes de scientifiques cliniques de laboratoire diminuent en raison de
nombreux départs à la retraite de techniciens et de peu de remplacements en raison de
l'élimination des programmes de formation. Je crois que le laboratoire de microbiologie
continuera d'évoluer et de changer par rapport à la façon dont il apparaît aujourd'hui. En raison
du développement de l'automatisation et d’outils logiciels plus sophistiqués, il va y avoir de la
place pour des techniciens de laboratoire moins spécialisés en microbiologie. Avec les progrès
des programmes de logiciel intégrés et de microbiologie numérique, il est possible que des
techniciens de laboratoire moins qualifiés puissent examiner des cultures qui exigeaient
auparavant un technicien spécialisé. Cela dit, les laboratoires de microbiologie seront toujours
tenus de faire un compte rendu des informations cliniquement pertinentes au demandeur, car pas
toutes les bactéries qui se développent à partir d'une culture ne sont utiles pour déterminer l'état
du patient ou une maladie. Le microbiologiste spécialisé aura toujours sa place dans le
laboratoire, mais l’équilibre global va changer. Les progrès dans les tests moléculaires ont déjà
abouti à la mise en place d’une instrumentation modérément complexe qui est facile à exécuter et
peut être gérée par un technicien non spécialisé ou un chimiste n’ayant pas d'expertise en
microbiologie.
Quels sont les défis à relever par la mise en place d’une automatisation complète du
laboratoire en microbiologie ?
W. Michael Dunne, Jr. : De mon point de vue (et encore compte tenu de mes 30 ans comme
microbiologiste clinique), le principal obstacle à surmonter pour une automatisation complète du
laboratoire en microbiologie est sa perception. Contrairement à nos collègues en chimie clinique
et hématologie qui ont fait face à des niveaux beaucoup plus élevés d'automatisation depuis de
nombreuses années, la microbiologie clinique a toujours été, en théorie, une pratique
interprétative très manuelle qui nécessite, à égales parts, art et science. La conversion d'une
discipline analogique en une discipline numérique nécessitera un changement de paradigme. Le
processus d'évaluation de la croissance microbienne en tenant entre les doigts les plaques, en
touchant les colonies avec des boucles d’inoculation, et les odeurs associées (accidentellement
acquises bien sûr) seraient remplacées par des images à haute résolution affichées sur un
moniteur à écran plat et la manipulation des colonies par l’utilisation de robots. Les facteurs qui
poussent la microbiologie vers le numérique comprennent la consolidation des laboratoires et la
charge de travail associée, une main-d'œuvre qualifiée vieillissante avec plus de techniciens
partant à la retraite que joignant la profession, et de très minces marges de remboursement pour
les services. Mon sentiment est que le passage à l'automatisation se produit à un rythme plus
rapide en Europe, en Asie et en Amérique du Sud qu’aux États-Unis en ce moment, mais ceci
pourrait changer prochainement. Pour répondre à cette tendance, plusieurs modules ont été ou
seront mis au point ; ils répliquent les activités actuellement effectuées manuellement. Il s'agit
notamment du traitement des échantillons, de l'incubation, de l'évaluation des cultures, de
l'identification, des TSA et des comptes-rendus des résultats. Les modules supportant chacun de
ces processus doivent être en mesure de fonctionner de façon indépendante ainsi que d'une
manière coordonnée pour donner les résultats escomptés, que les laboratoires sélectionnent des
composants individuels ou achètent des systèmes entiers. En ce qui concerne ce dernier point, les
laboratoires et les fabricants devront former des partenariats pour obtenir les niveaux de
confiance, de support et de service nécessaires pour maintenir les systèmes en fonctionnement 24
h par jour. Des fonctions simples que nous prenons actuellement pour acquises dans les activités
quotidiennes deviennent des problèmes complexes pour les ingénieurs dans le processus de
conception, tels que la gestion de types d'échantillons inhabituels, le mouvement des plaques et
l'imagerie dans un incubateur sans contamination, le traitement de cultures anaérobies, ou même
quelque chose d'aussi simple que la préparation d’une plaque de grande pureté pour les TSA. Je
pourrais continuer encore, mais si vous imaginez simplement le processus de mise en œuvre de
plaques de diffusion avec disque par automatisation, vous comprendrez.
Un autre problème qui va certainement générer un certain degré d'angoisse pour les fournisseurs
de systèmes sera la conception d'essais cliniques permettant d’obtenir l'autorisation
réglementaire pour des systèmes de microbiologie automatisés. Quelle serait la norme de
référence, les cultures traitées manuellement ? Que faire si le module d'évaluation des cultures
d'un système automatisé fournit une sensibilité supplémentaire en termes de détection de
croissance positive de sorte que la spécificité semble réduite par rapport aux méthodes
manuelles ? Les modules devraient-ils être évalués individuellement ou en tant que système
complet ? Ces questions devront être réglées avec les organismes de réglementation avant le
début des essais cliniques.
Pour conclure, l'expansion de l'automatisation en microbiologie clinique est une certitude qui
nécessitera une modification des compétences et de l'expertise des microbiologistes et des
techniciens de laboratoire dans l’avenir. Les personnes qui sortent des programmes de sciences
de laboratoire clinique à n'importe quel niveau d’étude devront s'adapter à ces changements. Les
autres questions importantes qui devront être abordées avec l'automatisation du laboratoire de
microbiologie comprennent les dépenses globales, la minimisation de la contamination dans le
système (par exemple, par des moisissures ou des mycobactéries), l'entretien des instruments, les
temps d'arrêt et les procédures de validation interne.
Robin Patel : Les défis comprennent la nature variée des différents laboratoires (par exemple,
tailles, modèles physiques, menus des tests), le coût et la biologie en constante évolution (y
compris la résistance antimicrobienne émergeante et les descriptions de nouveaux agents
infectieux). Bien que les laboratoires de chimie aient bénéficié des avantages de l'automatisation
complète du laboratoire depuis de nombreuses années, les laboratoires de microbiologie ont pris
du retard à cause de leurs types d'échantillons multiples, avec des viscosités et des types et tailles
de contenants variables, et en raison de la grande diversité des organismes détectés. Cette
variabilité a entravé la disponibilité de l'automatisation complète du laboratoire pour les
laboratoires de microbiologie clinique. La technologie évolue rapidement et s’améliore, ce qui
permet l'utilisation croissante de l'automatisation dans les laboratoires de microbiologie clinique
et la possibilité d’une automatisation complète du laboratoire. Cependant, des problèmes
demeurent. Les plates-formes ne sont pas encore pleinement développées. Les laboratoires qui
les adoptent précocement peuvent faire face à la disponibilité de nouvelles options encore
« meilleures » dans un avenir proche, et être « coincés s» avec des plates-formes « archaïques »
(de manière analogue à la téléphonie mobile ou à l'industrie des ordinateurs en constante
évolution). Les techniciens de laboratoire peuvent penser qu'ils seront « remplacés par des
machines ». Mon point de vue personnel est que ce qui sera remplacé sera principalement les
aspects inintéressants du travail du technicien de laboratoire. Je trouve qu'il est difficile
d'imaginer un scénario où les laboratoires n’auraient plus besoin de l'expertise des
microbiologistes expérimentés et bien formés pour superviser les tests de microbiologie.
Quel est l’impact de l’automatisation en microbiologie clinique sur les soins aux patients ?
Robin Patel : C'est un domaine présentant un énorme potentiel. L’automatisation peut fournir
des résultats accélérés pour les patients, facilitant un diagnostic et un traitement rapides et éviter
des tests supplémentaires inutiles et les coûts associés. (Bien que l’on puisse deviner que
l'automatisation devrait réduire le temps d'exécution pour l’obtention des résultats des patients,
en fonction de la conception du système, le temps d'exécution pourrait être augmenté, surtout si
l'automatisation fonctionne en discontinu). L’automation peut accroître la disponibilité des
résultats en dehors des horaires de travail, nécessitant de nouveaux systèmes pour agir sur ces
résultats (c'est-à-dire à des moments où le personnel de santé n'est pas toujours disponible).
L’automatisation peut éviter des résultats faussement positifs ou négatifs associés à l'erreur
humaine. La lecture automatisée des plaques de culture peut faciliter la reconnaissance de la
croissance des colonies à laquelle l’œil nu n’est pas sensible, permettant une meilleure sensibilité
et une détection plus précoce. Enfin, les progrès technologiques vont vraisemblablement se
rapprocher des patients. Je prédis que certains tests de microbiologie automatisés vont sortir du
laboratoire, sous une variété de formats, y compris des tests automatisés autogérés par les
patients (pour certains organismes).
Gilbert Greub : Au cours des 10 dernières années, plusieurs innovations en microbiologie,
comme la SM MALDI-TOF et les dosages moléculaires délocalisés, ont eu des répercussions
importantes sur les soins aux patients, puisque ces nouvelles approches de diagnostic réduisent
de manière significative le TAR. L’automatisation du diagnostic moléculaire a également
contribué à une diminution significative du temps d'exécution. L’automatisation en
microbiologie clinique aura également un impact sur les soins aux patients en améliorant la
traçabilité, la reproductibilité et la qualité. Cela est particulièrement vrai pour les systèmes
automatisés d'inoculation qui aident en termes de traçabilité et pour obtenir un étalement de
grande qualité de l'inoculum sur la plaque de gélose, avec un plus grand nombre de colonies
isolées, qui peuvent être utilisés pour une identification et une caractérisation en aval. Ainsi, bien
que l'impact précis de l'automatisation sur les soins aux patients n'ait pas encore été précisément
évalué, je suis convaincu que, en plus de l'avantage de l'automatisation sur la charge de travail du
laboratoire et en évitant les tâches inintéressantes répétitives, l'automatisation a aussi certains
avantages sur les soins aux patients.
Remerciements
W.M. Dunne, Jr. remercie Dr. K. Doing pour avoir examiné ces réponses et suggérer des options
plus intelligentes. G. Greub souhaite vivement remercier A. Croxatto, C. Durussel, et G.
Prod'hom pour une discussion utile sur l’automatisation. R. Patel tient à remercier les
suggestions utiles du Dr. P.J. Simner (Confrère en microbiologie clinique, Clinique Mayo), Dr.
B.S. Pritt (Professeur, Division de microbiologie clinique, Clinique Mayo) et des responsables
des opérations en microbiologie de la clinique Mayo E.A. Vetter et M.F. Jones.
Notes
6
Abréviations non standardisées :
SM,
spectroscopie de masse ;
TAR,
temps d’attente des résultats ;
RT-PCR,
PCR en temps réel ;
SARM,
staphylocoque doré résistant à la méthicilline ;
TSA,
test de sensibilité aux antimicrobiens.
Contributions des auteurs : Tous les auteurs ont confirmé qu'ils ont contribué au contenu
intellectuel de ce document et ont répondu aux 3 exigences suivantes : (a) contributions
significatives à la conception et au format, à l’acquisition de données, ou à l’analyse et
l’interprétation des données ; (b) élaboration ou révision de l'article et de son contenu
intellectuel ; et (c) approbation finale de l'article publié.
Divulgations des auteurs ou potentiels conflits d'intérêts : Lors de la soumission du
manuscrit, les auteurs ont rempli le formulaire de non-divulgation. Divulgations et/ou
potentiels conflits d'intérêts :
Recrutement ou Leadership : W.M. Dunne, Jr., bioMérieux, Inc.
Consultant ou fonction consultative : S.M. Novak, Roche Molecular.
Actionnariat : Non déclaré
Honoraires : Non déclaré
Financement de la recherche : Subvention éducationnelle sans restriction à Kaiser par
Dynacon, fabricant initial d’Innova. C.-A.D. Burnham, Cepheid, Accelerate Technology
Corporation, et bioMérieux.
Témoignage d'expert : Non déclaré
Brevets : Non déclaré
Reçu pour publication le 11 avril 2013.
Accepté pour publication le 22 avril 2013.
© 2013 The American Association for Clinical Chemistry
“This article has been translated with the permission of AACC. AACC is not responsible for the accuracy
of the translation. The views presented are those of the authors and not necessarily those of the AACC
or the journal. Reprinted from Clin.Chem, 2013; v. 59, p.1696-1702, by permission of AACC. Original
copyright © 2013 American Association for Clinical Chemistry, Inc. When citing this article, please refer
to the original English publication source in the journal, Clinical Chemistry”
Cet article a été traduit avec la permission de l’AACC. L’AACC n’est pas responsable de la qualité de la
traduction. Les opinions formulées sont celles des auteurs et ne sont pas nécessairement celles de
l’AACC ou du journal. Réimprimé de Clin.Chem, 2013; v. 59, p. 1696-1702, avec la permission de l’AACC.
Copyright original©2013 American Association for Clinical Chemistry, Inc. Lorsque cet article est cité, la
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