Improved diagnosis of cryptosporidiosis: Evaluation of a low-cost point-of-care cryptosporidiosis test in children in Ethiopia

CRYPTO-POC er et PhD-prosjekt utgående fra Universitet i Bergen med partnere ved Sykehuset i Vestfold, Norges miljø- og biovitenskapelige universitet, Jimma University i Etiopia, og Københavns universitet. Parasitten Cryptosporidium er en viktig årsak til diaré og død hos småbarn. Ingen vaksine finnes, og det finnes bare ett godkjent medikament, som ikke er særlig effektivt, men nye medikamenter er under utvikling. En strategi med testing og behandling vil kreve pasientnære tester som er egnet for bruk i fattige land. Diagnostisk presisjon og praktisk gjennomførbarhet av slik testing må imidlertid undersøkes «på bakken» i typiske helseinstitusjoner som har størst forventet nytte av testing. Driftssikre svakstrøms LED-mikroskoper tas nå i økende grad i bruk i tuberkulosediagnostikk i Afrika. Prosjektet undersøkte hvorvidt LED-mikroskopi også kan bidra til rask og pasientnær diagnostikk for kryptosporidiose. Diagnostisk presisjon og operasjonell gjennomføring av slik testing ble evaluert hos barn under 5 år i et område i sørvest-Etiopia med høy forekomst av diarésykdom og underernæring - en globalt sett representativ populasjon. En papirstrimmel-basert hurtigtest som nylig ble modifisert til å tåle lagring i romtemperatur ble også evaluert. I løpet av perioden fra desember 2016 til juli 2018 rekrutterte studien 1384 barn med diaré fra Jimma regionale universitetssykehus og Serbo helsesenter, på landsbygda utenfor, og 946 kontroll-barn uten diaré fra to geografisk definerte kildepopulasjoner omkring sykehuset og helsesenteret. Den diagnostiske studien som evaluerte LED-mikroskopi og hurtigtesten konkluderte med en sensitivitet på ca. 90% for begge metoder, og god spesifisitet. LED-mikroskopimetoden kan enkelt integreres med eksisterende infrastruktur for tuberkulosediagnostikk i lav- og mellominntektsland, og er et mye bedre alternativ til Ziehl-Neelsen metoden brukes enkelte steder. Disse resultatene er del av en akseptert artikkel som snart publiseres. Prosjektet samlet også data om lokale risikofaktorer for diaré og kryptosporidiose og gjennomførte en oppfølgingsstudie for å se på varigheten av symptomer og parasitt-utskillelse hos barn med kryptosporidiose. Både kasus-kontroll delstudien og oppfølgingsstudien undersøker betydningen av underernæring i relasjon til sykdomsalvorlighet og underliggende sykdom hos disse barna. Laboratoriedata fra kasus-kontroll-studien vil også danne utgangspunkt for framtidige studier på hvilke andre mikrober som er årsak til diaré i Etiopia. En understudie evaluerte forekomsten av langvarig og persisterende diarésykdom blant de deltagende barna og undersøkte hvor mange som hadde tegn til samtidig akutt underernæring. Denne studien er allerede publisert og fant at ca. tre fjerdedeler av barna med langvarig diaré ikke var akutt underernærte, men slike barn hadde et noe annerledes symptombilde enn barn med akutt diaré. Hovedstudien med evaluering av pasientnær testing er i trykken nå. Én publikasjon fra kasus-kontroll-studien er ferdig. Sammenskrivning av risikofaktorstudien og ytterligere publikasjoner fra både oppfølgingsstudien og kasus-kontroll-studien pågår fortsatt. CRYPTO-POC-prosjektet har også så langt dannet utgangspunkt for to tilknyttede og lokalt forankrede doktorgradsprosjekter og flere prosjekter på mastergradsnivå.

The CRYPTO-POC study was a evaluation of LED-microscopy and a rapid test as diagnostic methods for cryptosporidiosis. This was a field study in an Ethiopian hospital and a rural health centre. These tests can be considered useful in clinical trials of new Cryptosporidium therapeutics and as a diagnostic test in comparable low-income settings where nitazoxanide, the only currently approved drug, is available. Any health facility that has an operational LED microscope and where auramine-phenol stain is available for TB diagnosis should consider establishing standard operating procedures for AP staining and microscopy for Cryptosporidium oocysts. We found a cryptosporidiosis prevalence of 9% by LED-AP in diarrhoea cases, and we believe this is a representative setting for Ethiopia. Detection of Cryptosporidium by LED-AP was strongly associated with diarrhoea. This affordable point-of-care diagnostic method could enable treatment trials for anti-parasitic compounds in Ethiopia.

The protozoan parasite Cryptosporidium is a major cause of childhood diarrhoea and death. There is no vaccine and only one approved drug; however new drugs are under development. A test-and-treat strategy will require a reliable and affordable point-of-care test that is not available at present. We propose that light-emitting diode fluorescence microscopes and auramine-phenol stains (LED-AP) that are currently being rolled out in poor countries can serve the dual purpose of tuberculosis and Cryptosporidium point-of-care diagnostic testing. Our primary objective is therefore to estimate the accuracy and operational performance of LED-AP for the diagnosis of Cryptosporidium in children with diarrhoea in Ethiopia. Inclusion sites are Jimma University Teaching Hospital and a rural Health Centre 55km away in a university-run Health and Demographics Surveillance Site. This setup is ideal for building capacity in diarrhoeal research as there is a long-standing collaboration in malnutrition research between JUTH and University of Copenhagen. CRYPTO-POC is a University of Bergen-led PhD project that includes partners from these established research groups. We will include all children under 5 y that present to the hospital or health center with diarrhoea, aiming to include 1500 children over a 12-month period. Questionnaires (risk factors), clinical data and a stool sample will be collected and examined by both LED-AP and the gold standard (immunofluorescent antibody test) by different examiners in a blinded manner, allowing estimation of diagnostic accuracy. Operational performance will also be assessed. We hypothesise that the sensitivity of LED-AP is at least 70%. A sub-study to assess the longitudinal pattern of Cryptosporidium oocyst shedding will include Cryptosporidium-positive children with and without severe acute malnutrition and is expected to provide valuable insights on the association between oocyst shedding, symptom severity, malnutrition and HIV.