Improving diagnosis of childhood tuberculosis in a high TB-HIV prevalent setting

par Patrick Orikiriza

Thèse de doctorat en Biologie Santé

Sous la direction de Maryline Bonnet.

Soutenue le 18-11-2019

à Montpellier , dans le cadre de Sciences Chimiques et Biologiques pour la Santé , en partenariat avec TransVIHMI, UMI 233 IRD (Montpellier) (laboratoire) et de TransVIHMI, UMI 233 IRD (Montpellier) (laboratoire) .

Le président du jury était Jean-François Etard.

Le jury était composé de Maryline Bonnet, Emmanuelle Cambau, Leen Rigout.

Les rapporteurs étaient Emmanuelle Cambau, Leen Rigout.

  • Titre traduit

    Améliorer le diagnostic de la tuberculose chez l'enfant dans un contexte de prévalence élevée de la tuberculose et du VIH


  • Résumé

    L’Organisation Mondiale de la Santé estime qu’en 2017 près d’un million d’enfants de moins de 15 ans ont développé la tuberculose mais seulement la moitié des cas ont été notifiés. Les difficultés pour recueillir des échantillons de crachat chez les enfants et la nature paucibacillifère de la tuberculose pédiatrique représentent de véritables challenges diagnostiques. Cela aboutit à la prescription fréquente de traitement empirique avec un risque de sur- ou sous-diagnostic. De plus, peu de laboratoires dans les pays à ressources limitées ont les capacités du diagnostic de la tuberculose. Les échantillons doivent être transportés vers des laboratoires de référence pouvant affecter les performances des tests, notamment en l’absence de chaine de froid.Trois études ont été menées à Mbarara (Ouganda) pour évaluer des échantillons non-respiratoires et des méthodes de conservation des échantillons pour améliorer le diagnostic de la tuberculose de l’enfant. Dans la première étude, nous avons évalué les performances de l’XpertMTB/RIF sur les expectorations et les selles d’enfants avec présomption de tuberculose et nous avons documenté le devenir des enfants selon la décision thérapeutique. Dans la deuxième étude, nous avons évalué les performances de l’XpertMTB/RIF dans les selles et du test lipoarabinomanann (LAM) dans les urines chez des enfants admis dans un état critique. Dans la troisième étude, nous avons déterminé le taux de détection avec XpertMTB/RIF et la culture MGIT d’échantillons de crachats frottis-positifs conservés à température ambiante sans traitement, ou traités avec Omnigène ou éthanol à différents périodes de temps.Sur 392 enfants (âge médian 3,9 ans, 45,5% de filles et 31% VIH positifs) inclus dans la 1e étude, 4,3% ont été confirmés microbiologiquement. L’XpertMTB/RIF dans le crachat avait une sensibilité de 90,9% et une spécificité de 99,1% contre un test de référence microbiologique. La sensibilité et la spécificité de l’Xpert dans les selles étaient de 55,6% et 98,2%. La mortalité était de 6,9% à trois mois, et était plus importante chez les enfants traités (10,7%) que chez les enfants non-traités (4,5%). Aucun des enfants traités pour une tuberculose microbiologiquement confirmée n’est décédé contre 12,3% de ceux traités de façon empirique.Parmi les 234 enfants (âge médian 16,5 mois, 48,3% de filles, 31,6% VIH positifs et 58,5% sévèrement malnutris) inclus dans la 2e étude, 5,1% avaient une tuberculose microbiologiquement confirmée. XpertMTB/RIF dans les selles avait une sensibilité de 50% et une spécificité de 99,1%. La sensibilité du test urinaire LAM était de 50% et la spécificité de 74,1%. Les faux positifs LAM étaient plus fréquents parmi les résultats positifs LAM de bas grade et dans les urines avec une contamination bactérienne.Dans la 3e étude, après 15jours, il n’y avait pas de différence de détection par XpertMTB/RIF entre les échantillons traités avec Omnigène ou éthanol et les échantillons non traités, ne montrant pas de bénéfice de l’ajout d’un conservateur. Nous avons décrit une baisse substantielle de viabilité de Mycobacterium tuberculosis dans les échantillons traités par Omnigène, ce qui n’est pas en faveur de l’utilisation de l’Omnigène pour le transport des échantillons avant culture MGIT.En conclusion, XpertMTB/RIF dans les selles a montré des résultats prometteurs chez les enfants ne pouvant pas cracher et pourrait être une alternative intéressante à des méthodes plus complexes comme l’induction du crachat et l’aspiration gastrique pour les centres de santé primaire des pays à ressources limitées. La faible spécificité du LAM dans les urines nécessite des investigations complémentaires avant son utilisation pour le diagnostic de la tuberculose de l’enfant. En dépit des résultats encourageants de l’XpertMTB/RIF sur les échantillons conservés avec Omnigène ou l’éthanol, des investigations complémentaires dans des conditions programmatiques sont nécessaires.


  • Résumé

    The world health organization estimates that in 2017, close to 1 million children below 15 years developed tuberculosis but only half of them were notified. Difficulty to obtain sputum in children and the paucibacillary nature of intrathoracic childhood tuberculosis challenge the diagnosis of tuberculosis in children. This leads to the common use of empirical treatment with a high risk of over or under diagnosis. Besides that, few facilities in low resource settings have adequate laboratory capacity to diagnose tuberculosis. Samples must be transported to a reference laboratory, which can effect performance of the tests, especially in the absence of cold chain.Three studies were conducted in Mbarara (Uganda) to evaluate non-respiratory samples and specimen preservation methods to improve diagnosis of pediatric tuberculosis. In the first study, we assessed the performance of XpertMTB/RIF on sputum and stool in children with presumptive tuberculosis and documented outcomes of children according to the tuberculosis treatment decision. In the second study, we assessed the performance of stool XpertMTB/RIF and urine lipoarabinomanann (LAM) among children admitted with severe illness. In the 3rd study, we determined XpertMTB/RIF and MGIT culture recovery rates of smear positive sputum specimen kept untreated at room temperature and treated with either Omnigene or ethanol over different time periods.Of 392 children (median age 3.9 years, 45.4% female and 31% HIV infected) enrolled in the 1st study, 4.3% (17/392) were microbiologically confirmed tuberculosis. Using a microbiological reference standard, sputum XpertMTB/RIF had a 90.9% sensitivity and specificity of 99.1%. The sensitivity and specificity of stool XpertMTB/RIF was 55.6% and 98.2%. The study reported mortality of 6.9% within three months with a higher proportion (10.7%) among children treated for tuberculosis compared to the non-treated children (4.5%). None of treated children with bacteriologically confirmed tuberculosis died compared to 12.3% of those treated empirically.Of 234 patients (median age 16.5 months, 48.3% female, 31.6% HIV infected, 58.5% severely malnourished) enrolled in the 2nd study, 5.1% were microbiologically confirmed tuberculosis. Stool XpertMTB/RIF had a sensitivity of 50% and specificity of 99.1%. For the urine LAM test, it was 50% and 74.1%, respectively. False positive LAM results were more common among low grade positive LAM results and occurred more frequently when urine samples had bacterial contamination.The 3rd study documented that by 15th day, there was no difference of XpertMTB/RIF recovery rate between samples treated with Omnigene or ethanol and untreated samples, meaning that in the study conditions there was no benefit of adding any preservative for samples stored at room temperature up to 15 days. We observed a substantial loss of viability of Mycobacterium tuberculosis on samples treated with Omnigene, which does not support the use of Omnigene for sample transportation before MGIT testing.In conclusion, XpertMTB/RIF on stool gave promising results for the use in children unable to provide sputum and could be an interesting alternative to more complex methods such as sputum induction and gastric aspirate for primary health care centers of limited resource countries. The low specificity of the urine LAM requires further investigation before its use for diagnosis of tuberculosis in children. Despite the encouraging XpertMTB/RIF results from specimen preserved either with Omnigene or ethanol further evaluation under routine field conditions is necessary.


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