Herausforderungen bei der Diagnostik orthopädischer/chirurgischer Infektionen

Orthopädische Infektionen wie septische Arthritis, periprothetische Gelenkinfektionen (PJI) und Osteomyelitis sind diagnostisch und therapeutisch anspruchsvoll. Diese Infektionen sind oft polymikrobiell und von Biofilmen auf nativen oder prothetischen Gelenkoberflächen geprägt, die die Erreger vor dem Immunsystem schützen und die Wirksamkeit von Antibiotika verringern. Vorausgegangener Antibiotikaeinsatz und die zunehmende Antibiotikaresistenz erschweren eine genaue Diagnose zusätzlich.

Konventionelle Kulturen erfassen häufig nicht das gesamte Erregerspektrum, insbesondere bei Biofilminfektionen oder bei geringer Erregerzahl. Verzögerte oder unvollständige Diagnosen erhöhen das Risiko chronischer Infektionen, Implantatversagen und schlechter operativer Ergebnisse.

MicroGenDX verbessert Diagnostik und Behandlungsergebnisse bei orthopädischen Infektionen durch eine gezielte DNA-Sequenzierung potentieller Erreger. Unsere Tests OrthoKEY Outpatient und OrthoKEY Surgery sind validiert für Synovialflüssigkeit, intraoperative Abstriche, Gewebeproben und Verbandsmaterial und helfen bei der Diagnose von:

• Periprothetischen Gelenkinfektionen (PJI)
• Septischer Arthritis
• Osteomelytis
• Fehlender Frakturheilung
• Wirbelsäuleninfektionen

Klinische Erkenntnisse unseres Tests bei orthopädischen Proben

• Erhöhte Sensitivität:

  Studien zeigen, dass NGS konventionelle Kulturen in der Erregererkennung überlegen ist. So identifizierte NGS in einer Studie 25 von 28 PJI-Fällen (Musculoskeletal Infection Society Kriterien), Kultur nur 17 Fälle.

• Erkennung kulturnegativer Infektionen:

  In einer Multicenter-Studie wurden bei 66 % der kulturnegativen PJI-Fälle potenzielle Erreger mittels NGS gefunden, davon 91 % polymikrobiell.

• Polymikrobielle Erregeridentifikation:

  NGS erkennt mehrere Erreger in einer Probe, die bei einer Kultur oft nicht nachgewiesen werden. Bei Schulter-PJI fand NGS bei kulturpositiven Fällen über 90 % polymikrobielle Infektionen.

• Nachweis anspruchsvoller und biofilmassoziierter Mikroorganismen:

  NGS detektiert langsam wachsende, anaerobe und biofilmbildende Erreger, die traditionelle Kulturen oft übersehen. In einer Studie wurden 67 % der unerwarteten Komplikationen auf zuvor mit NGS, aber nicht Kultur nachgewiesene Erreger zurückgeführt.

• 1. Tarabichi M., Shohat N., Goswami K.,. et al. Diagnosis of Periprosthetic Joint Infection - The Potential of NGS Journal of Bone & Joint Surgery, 2018
• 2. Goswami K., Clarkson J. S., et al. An Enhanced Understanding of Culture-Negative Periprosthetic Joint Infection with Next-Generation Sequencing: A Multicenter Study The Journal of Bone and Joint Surgery, 2022
• 3. Namdari S., Nicholson T., et al. Comparative study of cultures and next-generation sequencing in the diagnosis of shoulder prosthetic joint infections. Journal of Shoulder and Elbow Surgery, 2019
• 4. Rogalski L. B., Goswami K., et al. An Enhanced Understanding of Shoulder PJI using Next generation Sequencing: Findings at 3-year Clinical Follow-up. Journal of Shoulder and Elbow Surgery, 2022

Molekulardiagnostik bei orthopädischen Infektionen: Aktuelle Leitlinien und internationale Konsensmeinungen

IDSA/ASM Leitlinien-Update 2024 Der Leitfaden zur Nutzung mikrobiologischer Labordiagnostik bei Infektionskrankheiten betont die Bedeutung molekularer Verfahren bei Gelenkinfektionen.

Insbesondere 16S-rRNA-Gens-PCR/Sequenzierung oder multiplexe PCR-Panels werden empfohlen, wenn konventionelle Kulturen negativ ausfallen.

Internationales Konsensmeeting 2018 – Philadelphia

“Konsensgruppe hob das Potenzial der Next-Generation Sequencing (NGS) hervor, um Erreger bei komplexen Infektionen zu identifizieren, bei denen herkömmliche Kulturmethoden versagen – insbesondere im orthopädischen Kontext.”

Internationales Konsensmeeting 2025 – Istanbul

92 % der Delegierten befürworteten den Einsatz molekularer Diagnostik als vielversprechende Ergänzung zu konventionellen Verfahren bei der Diagnose von periprothetischen Gelenkinfektionen (PJI). Besonders relevant ist der Einsatz bei:
- Kultur-negativen Infektionen
- Rascher Erregernachweis
- Verdacht auf seltene oder schwer kultivierbare Erreger
- Hochrisikopatienten

Klinische Studien zu NGS in der Orthopädie und Allgemeinchirurgie

Next-Generation Sequencing in Periprosthetic Joint Infections: Clinicians’ Guide to Its Diagnostic Role

Kullar R, Tipton CD, File TM, Shahi A, Sniffen JC, Goldstein EJC. Infect Dis Clin Pract. 2025

Diese Veröffentlichung vom Mai 2025 beschreibt die zunehmende Bedeutung von Next-Generation-Sequenzierung (NGS) bei der Diagnose periprothetischer Gelenkinfektionen (PJI), insbesondere bei Fällen, in denen herkömmliche Kulturen keine klaren Antworten geben – etwa bei chronischen oder biofilm-assoziierten Infektionen. Sie fasst die neuesten Erkenntnisse zur diagnostischen Genauigkeit und klinischen Anwendung zusammen.
Die Autoren betonen, dass NGS ein breiteres Spektrum an Erregern identifizieren kann, einschließlich anspruchsvoller und polymikrobieller Organismen, direkt aus klinischen Proben. Dies ist besonders wertvoll bei kulturell negativen PJIs, bei denen mikrobiologische Bestätigungen für Therapieentscheidungen oft fehlen.
Klinisch unterstützt der Review den Einsatz von NGS als ergänzendes Instrument, das die Erregererkennung verbessert und eine frühere, gezielte antimikrobielle Therapie ermöglicht – was letztlich die Operationsplanung und Behandlungsergebnisse optimiert

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An Enhanced Understanding of Culture-Negative Periprosthetic Joint Infection with Next-Generation Sequencing: A Multicenter Study

Goswami K, Clarkson S, Phillips CD, et al. The Journal of Bone and Joint Surgery, 2022

Diese multizentrische Studie untersuchte kulturnegative periprothetische Gelenkinfektionen (PJI) mithilfe der Next-Generation-Sequenzierung (NGS), um deren mikrobielles Profil besser zu charakterisieren. Traditionelle Kulturmethoden können häufig keinen Erregernachweis liefern, was die Therapieentscheidung erschwert.
Mit NGS stellten die Autoren fest, dass nahezu zwei Drittel der kulturnegativen PJI opportunistische Erreger enthielten.
Auffällig war, dass die meisten Infektionen polymikrobiell waren, was die Komplexität dieser Fälle unterstreicht. Diese Ergebnisse zeigen, dass NGS klinisch relevante Mikroorganismen in kulturnegativen PJIs aufdecken kann, wodurch ein vollständigeres mikrobielles Bild entsteht und präzisere, gezielte Behandlungsstrategien ermöglicht werden.

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Next-Generation Sequencing Supports Targeted Antibiotic Treatment for Culture Negative Orthopedic Infections

Kullar R, Chisari E, Snyder J, Cooper C, Parvizi J, Sniffen J. Clinical Infectious Disease, 2022

Dieser Review, verfasst von Expert:innen aus den Bereichen Infektionskrankheiten, Orthopädie und Mikrobiologie, behandelt die Herausforderung bei der Diagnose kultur-negativer orthopädischer Infektionen, bei denen sich die rechtzeitige Therapie verzögern und die klinische Behandlung erschweren kann.
Die Autor:innen heben hervor, wie Next-Generation-Sequenzierung (NGS) die Erregererkennung verbessert, insbesondere bei frühzeitigem Einsatz und in Kombination mit klinischen Kriterien. Durch den Nachweis schwer kultivierbarer Organismen ermöglicht NGS eine gezielte Antibiotikatherapie, reduziert die Abhängigkeit von empirischen Behandlungen und unterstützt eine präzisere Infektionskontrolle.

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Current Recommendations for the Diagnosis of Acute and Chronic PJI for Hip and Knee—Cell Counts, Alpha-Defensin, Leukocyte Esterase, Next-generation Sequencing

Goswami K, Parvizi J, Courtney PM.Current Reviews in Musculoskeletal Medicine, 2018

Dieser Review beschreibt die anhaltenden Herausforderungen bei der Diagnose akuter und chronischer periprothetischer Gelenkinfektionen (PJI) und betont, dass kein einzelner Test eine definitive Genauigkeit bietet. Aktuelle Diagnoseverfahren basieren auf einer Kombination serologischer, synovialer, mikrobiologischer, histologischer und bildgebender Methoden – von denen viele invasiv, kostspielig oder nicht sensitiv genug sind.
Neue diagnostische Verfahren wie synoviale Biomarker und molekulare Methoden bieten verbesserte Nachweismöglichkeiten. Besonders vielversprechend ist Next-Generation-Sequenzierung (NGS), da dieses Verfahren ein breites Spektrum an Erregern identifizieren kann, einschließlich solcher, die durch Kulturen übersehen werden, und besonders bei komplexen oder kulturell negativen Fällen von hohem Wert ist.
Der Review kommt zu dem Schluss, dass NGS die diagnostische Präzision erhöht, indem verborgene Infektionen aufgedeckt und individuellere antimikrobielle Strategien ermöglicht werden – und unterstützt somit seine Rolle als wertvolle Ergänzung bei der PJI-Diagnostik.

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Klinische Fälle, bei denen der MicroGenDX-Test zum Behandlungserfolg beitrug

NGS erkennt Kocuria, die von MALDI-TOF bei Gelenkinfektion übersehen wurde

Ein 77-jähriger Mann mit Typ-2-Diabetes, Bluthochdruck und Hyperlipidämie wurde mit Schmerzen und Steifheit im rechten Knie aufgenommen. Seine Vorgeschichte beinhaltete eine Knie-Totalendoprothese (TKA) und eine anschließende Revisionsoperation. Biomarker aus Gelenkflüssigkeit und Serum zeigten eine Infektion an.

Gelenkflüssigkeit und intraoperative Proben wurden für Kultur-MALDI-TOF und MicroGenDX NGS-Analyse eingeschickt. Die Kultur mit MALDI-TOF zeigte nur ein sehr schwaches Wachstum von Staphylococcus spp. und grampositiven Kokken. MicroGenDX NGS identifizierte jedoch Kocuria ocularis als den Hauptverursacher. Eine erweiterte MALDI-TOF-Datenbank bestätigte die NGS-Identifikation von Kocuria ocularis. Daraufhin wurde die Behandlung von Vancomycin auf Penicillin umgestellt, und der Patient erholte sich gut bis zum 6-Monats-Follow-up.

Die Referenzdatenbank, die für MALDI-TOF genutzt wurde, enthielt Kocuria ocularis nicht. Der mangelnde Nachweis des Organismus, gepaart mit der morphologischen Ähnlichkeit zu einigen Koagulase-negativen Staphylokokken (CoNS), führte zu einer falschen Diagnose und einer anfänglichen fehlerhaften Antibiotikatherapie.

NGS identifiziert schnell Mycobacterium smegmatis bei Wirbelsäulenimplantat-Infektion

Eine 62-jährige Frau mit Arthrose, Hyperlipidämie, Depression und Angststörung suchte die Klinik auf, nachdem sie in einem Zeitraum von ca. zwei Jahre häufig gefallen war und zunehmend Probleme mit Gleichgewicht und Koordination hatte. Sie hatte keine Nacken- oder Rückenschmerzen, berichtete aber über Schwäche, Taubheitsgefühle und Kribbeln in den oberen Extremitäten, stärker rechtsseitig. Sie benötigte einen Rollator und erzielte keine Besserung durch Epiduralinjektionen oder Aqua-Therapie. Die körperliche Untersuchung zeigte eingeschränkte Beweglichkeit der Halswirbelsäule und Muskelschwäche in Armen und Händen. Bildgebende Verfahren (CT und MRT) zeigten Myelopathie und fortgeschrittene arthrotische Veränderungen im Bereich C1-C2. Daraufhin wurde eine Laminektomie C1 bis C3 und eine posteriore Fusion vom Hinterhauptbein bis C5 durchgeführt.

Beim 1-Monats-Kontrolltermin berichtete die Patientin über gelegentliche Nackenschmerzen und Kopfschmerzen, die Symptome hatten sich insgesamt verbessert. Nach 42 Tagen postoperativ kam sie nach einer Woche stechenden Schmerzen im hinteren Kopfbereich in die Ambulanz. Im Röntgen zeigte sich, dass zwei Okzipitalschrauben aus der Platte verrutscht waren. Obwohl keine Infektionszeichen vorlagen, wurde eine Revisionsoperation mit neuem Implantat geplant. Dabei fiel entzündliches Gewebe um die gelösten Schrauben auf, und drei Gewebeproben wurden zur Analyse entnommen.

Die Kultur wies in fünf Tagen ein nontuberkulöses Mykobakterium (NTM) nach, die genaue Spezies wurde aber erst nach fünf Wochen bestimmt. Im Gegensatz dazu konnte NGS innerhalb einer Woche aus Proben einer erneuten Spülung und Débridement Mycobacterium smegmatis genau identifizieren. Die schnelle und präzise Erregerbestimmung ist bei spinalen Infektionen essenziell für eine gezielte Therapie. Molekulare Tests wie NGS unterstützen so die Diagnose und Therapieplanung.