Role biofilmů Pseudomonas aeruginosa při exacerbacích u pacientů s bronchiektázií s chronickou obstrukční plicní nemocí a bez ní

Tento projekt bude studovat souvislost mezi chronickou PA infekcí v dýchacích cestách a tvorbou biofilmů u následujících populací pacientů: 1-bronchiektázie nesouvisející s cystickou fibrózou (BQ) a 2-bronchiektázie s chronickou obstrukční plicní nemocí (BQ-EPOC). Primárním cílem je určit souvislost mezi chronickou infekcí PA, přítomností biofilmů PA a nejhorším vývojem onemocnění měřeným především počtem exacerbací za rok (primární výsledek) dnů do další exacerbace, kvalitou života a vynuceným Exspirační objem (FEV1) a zánětlivé biomarkery (sekundární výsledky). Za tímto účelem budou tyto parametry v každé studii porovnány u pacientů s chronickou infekcí PA a s přítomností biofilmů PA ve sputu (identifikovaných pomocí FISH-CLSM) s pacienty s PA bez chronické infekce a bez biofilmů (kontrola negativní). populace (BE a BE-CHOPN). Vyšetřovatelé budou do náboru a postupně (3 stanovení) analyzovat různé aspekty biofilmů, které jsou podrobně popsány v metodice. Kromě toho, porovnáním mikrobiomu před, během a po každé exacerbaci, se výzkumníci pokusí identifikovat ty mikrobiální vzorce, které s sebou nesou vyšší riziko exacerbace, ty, které mají ochrannou roli proti chronické infekci PA a její vztah k biofilmům.

Diagnostika biofilmů zatím není v klinické praxi rutinně zaváděna u chronických obstrukčních plicních nemocí (CHOPN) a nonCF bronchiektázie (BE). První pokyny pro diagnostiku a léčbu infekcí biofilmem byly publikovány v roce 2015 a zahrnovaly mnoho infekcí spojených s biofilmem, ale ne CHOPN nebo BE. Ve skutečnosti existuje velmi málo studií o přítomnosti biofilmů PA v těchto populacích a o jejich potenciální roli při exacerbacích. Existuje však spolehlivý vědecký důkaz, že biofilmy PA jsou spojeny s chronickými respiračními infekcemi u pacientů s cystickou fibrózou (CF) a jsou primární příčinou jejich zvýšené morbidity a mortality. Bylo hlášeno, že během chronické PA plicní infekce u CF se PA adaptuje na různé niky v plicích. Ve sputu jsou přítomny jak mukoidní (biofilmy), tak nemukoidní (planktonické) bakterie. Buňky s vyšší mutační rychlostí si vyvinou multirezistenci k řadě antibiotik a jejich rychlost růstu in situ je nižší, protože bakterie snižují svůj metabolismus podmíněný vysokou spotřebou polymorfonukleárního kyslíku. Zatím však nic z toho nebylo u pacientů s BE popsáno; ve skutečnosti existuje jen velmi málo studií o přítomnosti biofilmů PA v těchto populacích a jejich role v exacerbacích nebyla prokázána. Kromě toho existuje jen málo důkazů o asociaci dysbiózy mikrobiomu s chronickou kolonizací PA a během exacerbací.

Chronická kolonizace PA je přítomna u 12–27 % pacientů s BE a BE-CHOPN a má za následek horší prognózu (3násobné zvýšení rizika úmrtnosti) a až 7násobné zvýšení rizika hospitalizace, s průměrem jedné další exacerbace na pacienta a za rok. U těchto pacientů je eradikace PA obtížná, přestože adekvátní antimikrobiální léčba snižuje bakteriální zátěž a počet exacerbací a zlepšuje plicní funkce a kvalitu života. Jednou z hlavních výzev u pacientů s BE je eradikace PA, zejména během raných fází kolonizace tímto patogenem. V této situaci se doporučuje agresivní léčba antibiotiky. Tato eradikace však selhává ve značném procentu případů. Kromě nárůstu multirezistence PA, a to i vůči chinolonům, je jednou z příčin neúspěšné eradikace její schopnost produkovat biofilmy a přežívat v nich. Přestože přítomnost PA ve sputu je faktorem špatné prognózy u BE, biofilmy nebyly dosud identifikovány a charakterizovány (tj. jejich přítomnost, velikost, množství alginátu a metabolický stav) ve sputu těchto populací. Nedávno byla přítomnost biofilmů ve vzorcích bronchoalveolární laváže (BAL) popsána pomocí konfokální laserové skenovací mikroskopie (CLSM) u dětských pacientů s BE, a to i u těch vzorků, u kterých byla kultivace negativní. Toto zjištění upozorňuje na nedostatek studií o biofilmu u BE a na důležitost zlepšení diagnostických nástrojů pro detekci v respiračních vzorcích, zejména u pacientů s recidivujícími exacerbacemi navzdory antibiotické léčbě.

BE má 30 až 50 % pacientů se středně těžkou nebo těžkou CHOPN. Její prevalence se zvyšuje se závažností CHOPN, zatímco 5–10 % pacientů s BE má CHOPN. Pacienti s CHOPN a BE tvoří klinickou skupinu s vlastními charakteristikami (zvýšená produkce sputa a hnisání, větší dušnost a počet exacerbací), horší prognózou, možnými terapeutickými důsledky a vyšší mortalitou. Ačkoli příčiny exacerbací nejsou dosud dobře pochopeny, předpokládá se, že bakteriální infekce se podílejí přibližně na polovině případů PA je jedním z nejčastějších patogenů izolovaných z těchto exacerbací a je spojena s vyšší mortalitou. PA ze sputa chronicky infikovaných pacientů s CHOPN má tendenci být méně cytotoxická a pohyblivá a produkuje více biofilmu než PA ze vzorků krve. Někteří autoři proto předpokládají, že CHOPN, BE a CF vykazují podobné vzorce infekce a evoluce. Na základě této úvahy je naše hypotéza, že biofilmy PA by mohly být jedním z patogenních mechanismů spojených jak s perzistencí infekcí, tak s frekvencí a závažností exacerbací u pacientů s BE (s CHOPN nebo bez CHOPN). K potvrzení této hypotézy je však zapotřebí dalšího výzkumu s využitím doporučení současných pokynů.

Někteří autoři, kteří studovali mikrobiální dysbiózu u exacerbací CHOPN, zjistili, že spolu s eozinofilním zánětem je spojena s těžšími exacerbacemi a větším poklesem plicních funkcí. Longitudinální studie mikrobiomu ve sputu pacientů s BE naznačují, že léčbu chronické bronchiální infekce lze zlepšit terapií, která je specifická pro její mikrobiom, přičemž je třeba vzít v úvahu zátěž patogenem, stabilitu komunity a akutní a chronické reakce komunity na antibiotika. Kolísání mikrobiomu a jeho prediktivní role při exacerbacích bronchiektázií však dosud nebyly do hloubky studovány. Studie variací v mikrobiomu před a během exacerbace by mohla odhalit nové terapeutické cíle, které mohou mít dopad na léčbu pacientů. Výsledky by mohly pomoci určit nutnost podání antimikrobiální léčby u pacientů s negativními mikrobiologickými kultivacemi během exacerbace. Existují důkazy, že vyvážená orální flóra by mohla mít ochrannou roli proti kolonizaci slin PA; dosud však nebyl popsán mikrobiomový vzorec s ochranným účinkem na horní dýchací cesty proti PA u pacientů s BE a jeho vztah k biofilmům PA.

Současně systémové biomarkery a zánětlivé cytokiny určují potenciální význam chronické PA infekce a produkce biofilmů. Ukázalo se, že systémové CRP koreluje s vyšším skóre BE, jako je FACED a BSI. Neexistují však žádné longitudinální studie hodnotící intenzitu a trvání systémového zánětu způsobeného chronickou PA infekcí.

Šíření antibiotické rezistence a zvyšující se prevalence infekcí spojených s biofilmem pohání poptávku po nových prostředcích k léčbě takto obtížně odstranitelných bakteriálních infekcí. Nedávno WHO zveřejnila seznam bakterií pro výzkum nových antibiotik je naléhavě potřeba. Objevování a vývoj léků je únavné, dlouhé a nákladné úsilí, které může trvat stovky milionů EUR a 10–15 let od objevu lavice k lůžku. Chronické infekce PA spojené s BE jsou typicky léčeny kombinacemi až tří antimikrobiálních látek. Navzdory periodickým cyklům vícelékové terapie je účinná léčba těchto onemocnění pod optimální úrovní. Je tedy jasné, že ke zlepšení pozitivních výsledků u těchto pacientů jsou zapotřebí nové terapeutické možnosti. Náš přístup se zaměřuje na koncept synergie, tj. identifikace synergických kombinací antibiotik, které jsou společně účinnější než při samostatném použití. Cílem výzkumných pracovníků je systematicky hodnotit synergické interakce aktuálně používaných antibiotik a zkoumat zavedení dalších klinicky schválených antibiotik. Vzhledem k tomu, že jejich farmakologie a toxicita jsou již dobře zdokumentovány, jakákoli potenciální synergická kombinace antibiotik by mohla postoupit do klinických studií za zlomek standardních nákladů na vývoj a v mnohem kratším časovém období. Spolu s tím byla strategie doručení zprostředkovaná nanonosičem navržena jako slibný přístup v léčbě infekcí rezistentních na léky. Nanotechnologie může poskytnout inovativní platformu pro řešení problému chronických infekcí PA spojených s bronchiektáziemi s potenciálem zvládnout obtížně léčitelné infekce zahrnující multirezistentní (MDR) bakterie. Zejména nanonosiče na bázi polysacharidů (PS) jsou ideálními nosiči pro enkapsulaci antimikrobiálních látek a alginát je díky svým mukoadhezivním vlastnostem ideálním nosičem pro plicní podání.