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Thèse Année : 2023

Development of a simplified clinical bacteriology laboratory for low resource settings

Développement d'un laboratoire de bactériologie clinique simplifié adapté pour des zones à faibles ressources

Résumé

Antimicrobial resistance is today universally recog-nised as a global threat, because of the rapid emergence and dissemination of resistant bacteria and genes among humans, animals and the environment on a global scale and represents a heavy burden for healthcare systems especially in Low and Middle Income Countries. Access to Clinical Bacteriology Laboratory in Low resource settings, despite its im-portance to provide result for treatment guidance and surveillance, have proven to be extremely challenging to install in settings outside of major cities. Médecins Sans Frontières, a leading organisation in the field of humanitarian intervention, facing this challenge established a project to address it. The objectives of this thesis lie in the identification, adaptation and testing of feasible and affordable techniques for bacteriology in low-resource settings concentrate into standardise quality assured laboratory packages that can be rapidly installed at district level hospitals using multidisciplinary approach. Through an iterative development approach ranging from product design engineering, test of mock-up solutions in control environment, evaluation of different prototypes on MSF hospital we firstly demonstrated that to transport all equipment, be rapidly deployed and, provide adequate and safe work environment, the format of plastic roto-moulding box benches is adapted to the difficult context in which MSF operate. Out of the adapted sample work management for blood culture, we demonstrated that ready to use sealed packed culture media , used in food insdustries and based on two formulations of Chromogenic and Chocolate agar can growth bacteria that are related to Bloodstream infection in LMIC without the necessity of CO2 incubation and with yield of growth similar to standard methods. We then showed that Antibiotic Susceptibility testing in the form of adapted Microbroth dilution microplates panels specifically chosen to meet MSF field needs, provide adequate performance for treatment and surveillance in difficult context. Also, our finding highlight that reading of this panel does not necessitate an automatic reading but rather of an assisted guiding system to accompany the user in the different steps of reading an antibiogram.Overall, our experiment from control environment to the final evaluation in sub-Saharan hospital settings, established that adapting existing technologies to develop a CBL able to provide quality, actionable results used by clinicians in the hand of unexperienced laboratory technicians is feasible but encompass the necessity also to adopt all the value chain of a laboratory into this simplicity and around a robust quality management system. Also the results shown that simplification of technologies to LRS constraints does not jeopardy performances of results provided by this CBL. The different experiment also pointed that in the absence of a filed microbiologist, development of computer expert systems to constantly provide results interpretation, guidance and somehow replace the microbiologist is essential for the robustness of the concept for an all in one, quality assured, deployable easy to use clinical bacteriology laboratories, the Mini-Lab.
La résistance aux antimicrobiens est aujourd'hui universellement reconnue comme une menace mondiale, en raison de l'émergence et de la diffusion rapides de bactéries parmi les humains, les animaux et l'environnement à l'échelle mondiale et représente un lourd fardeau pour les systèmes de santé, en particulier dans les pays à revenu faible et intermédiaire. L'accès au laboratoire de bactériologie clinique dans les milieux à faibles ressources, malgré son importance pour fournir des résultats pour l'orientation et la surveillance du traitement, s'est avéré extrêmement difficile à installer en dehors des grandes villes. Face à ce défi, Médecins Sans Frontières, organisation humanitaire, a mis en place un projet pour y répondre. Les objectifs de cette thèse résident dans l'identification, l'adaptation et l'évaluation de techniques réalisables et abordables pour la bactériologie dans les milieux à faibles ressources, concentrées sur des packages de laboratoire standardisés de qualité garantie qui peuvent être rapidement installés dans les hôpitaux de district en utilisant une approche multidisciplinaire. Grâce à une approche de développement itérative allant de l'ingénierie de conception de produits, au test de solutions de maquette dans un environnement contrôlé, à l'évaluation de différents prototypes dans des hôpitaux de MSF, nous avons d'abord démontré que pour transporter tous les équipements, être déployés rapidement et fournir un environne-ment de travail adéquat et sûr, le format des boites paillasses en plastiques roto moulés est adapté au contexte difficile dans lequel évolue MSF. Nous avons démontré que des milieux de culture prêts à l'emploi, thermoscellés, a longue durée de vie, utilisés dans les industries alimentaires, permettent la croissance des bactéries liées aux sepsis dans les pays à revenu faible et intermédiaire sans la nécessité d'incubation au CO2 et avec un rendement de croissance similaire aux méthodes standard. Nous avons ensuite montré que les tests de sensibilité aux antibiotiques sous forme micro dilution en bouillon et adaptés spécifiquement choisis pour répondre aux besoins de terrain de MSF, offrent des performances adéquates pour le traitement et la surveillance dans un contexte difficile. Aussi, nous mettons en évidence que la lecture ne nécessite pas un lecteur automatique mais plutôt un système de guidage assisté pour accompagner l'utilisateur dans les différentes étapes de lecture d'un antibiogramme. Dans l'ensemble, notre expérience de l'environnement de contrôle à l'évaluation finale dans les milieux hospitaliers subsahariens, a établi que l'adaptation des technologies existantes pour développer un laboratoire capable de fournir des résultats de qualité et exploitables par les cliniciens entre les mains de techniciens de laboratoire inexpérimentés est faisable mais englobe la nécessité aussi d'inscrire toute la chaîne de valeur d'un laboratoire dans cette simplicité sans compromettre les performances attendues. Les différentes expériences ont également souligné qu'en l'absence d'un microbiologiste de terrain, le développement de systèmes experts informatiques couvrant pour fournir en permanence une interprétation des résultats, est essentiel pour la robustesse du concept d'un laboratoire tout en un, de qualité garantie, déployables et faciles à utiliser, le Mini-Lab.
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Origine : Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-04531693 , version 1 (04-04-2024)

Identifiants

  • HAL Id : tel-04531693 , version 1

Citer

Jean-Baptiste Ronat. Development of a simplified clinical bacteriology laboratory for low resource settings. Bacteriology. Université Paris-Saclay, 2023. English. ⟨NNT : 2023UPASQ016⟩. ⟨tel-04531693⟩
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