Pseudomonas Aeruginosa biofilms rolle i eksacerbationer hos patienter med bronkiektasi med og uden kronisk obstruktiv lungesygdom

Dette projekt vil studere sammenhængen mellem kronisk PA-infektion i luftvejene og dannelsen af ​​biofilm i følgende patientpopulationer: 1-bronkiektasi ikke forbundet med cystisk fibrose (BQ) og 2-bronkiektasi med kronisk obstruktiv lungesygdom (BQ-EPOC). Det primære formål er at bestemme sammenhængen mellem kronisk infektion med PA, tilstedeværelsen af ​​biofilm af PA og den værste udvikling af sygdommen målt hovedsageligt ved antallet af eksacerbationer pr. år (primært udfald) dage indtil næste eksacerbation, livskvalitet og forceret Ekspiratorisk volumen (FEV1) og inflammatoriske biomarkører (sekundære resultater). Til dette vil disse parametre blive sammenlignet hos patienter med kronisk infektion med PA og med tilstedeværelsen af ​​biofilm af PA i sputum (identificeret af FISH-CLSM) i forhold til patienter med PA uden kronisk infektion og uden biofilm (kontrolnegativ) i hver undersøgelse befolkning (BE og BE-COPD). Efterforskerne vil analysere, til rekruttering og sekventielt (3 bestemmelser), forskellige aspekter af biofilmene, der er detaljeret i metoden. Derudover vil efterforskerne ved at sammenligne mikrobiomet før, under og efter hver eksacerbation forsøge at identificere de mikrobielle mønstre, der indebærer en højere risiko for forværring, dem med en beskyttende rolle mod kronisk PA-infektion og dets forhold til biofilm.

Diagnosen af ​​biofilm er endnu ikke rutinemæssigt implementeret i klinisk praksis for kronisk obstruktiv lungesygdom (KOL) og NonCF Bronchiectasis (BE) infektioner. De første retningslinjer for diagnosticering og behandling af biofilminfektioner blev offentliggjort i 2015 og omfattede mange biofilmassocierede infektioner, men ikke KOL eller BE. Der er faktisk meget få undersøgelser af tilstedeværelsen af ​​PA-biofilm i disse populationer og om deres potentielle rolle i eksacerbationer. Der er dog solide videnskabelige beviser for, at PA-biofilm er forbundet med kroniske luftvejsinfektioner hos patienter med cystisk fibrose (CF), og er den primære årsag til deres øgede sygelighed og dødelighed. Det er blevet rapporteret, at under kronisk PA-lungeinfektion ved CF tilpasser PA sig til forskellige nicher i lungerne. Både mucoide (biofilm) og ikke-mucoide (planktoniske) bakterier er til stede i sputum. Celler med højere mutationshastighed udvikler multiresistens over for mange antibiotika og deres in situ væksthastighed er lavere, da bakterier nedsætter deres stofskifte betinget af højt polymorfonukleært iltforbrug. Indtil videre er intet af dette blevet beskrevet hos patienter med BE; faktisk er der meget få undersøgelser af tilstedeværelsen af ​​PA-biofilm i disse populationer, og deres rolle i eksacerbationerne er ikke blevet påvist. Derudover er der kun få tegn på sammenhængen mellem mikrobiomet dysbiose med kronisk kolonisering af PA og under eksacerbationer.

Kronisk kolonisering af PA er til stede hos 12-27 % af patienter med BE og BE-KOL, og medfører en dårligere prognose (en 3-fold stigning i dødelighedsrisiko) og op til en 7-fold stigning i risikoen for hospitalsindlæggelse. med et gennemsnit på en ekstra eksacerbation pr. patient og pr. år. Hos disse patienter er udryddelse af PA vanskelig på trods af, at en tilstrækkelig antimikrobiel behandling reducerer bakteriebelastningen og antallet af eksacerbationer og forbedrer lungefunktionen og livskvaliteten. En af hovedudfordringerne hos patienter med BE er udryddelsen af ​​PA, især i de tidlige stadier af kolonisering af dette patogen. I denne situation anbefales aggressiv antibiotikabehandling. Imidlertid mislykkes denne udryddelse i en bemærkelsesværdig procentdel af tilfældene. Ud over stigningen i multiresistens i PA, selv mod quinoloner, er dets evne til at producere biofilm og overleve i dem en af ​​årsagerne til den mislykkede udryddelse. Selvom tilstedeværelsen af ​​PA i sputum er en faktor for dårlig prognose i BE, er biofilm endnu ikke blevet identificeret og karakteriseret (dvs. deres tilstedeværelse, størrelse, mængde af alginat og metabolisk status) i sputum af disse populationer. For nylig er tilstedeværelsen af ​​biofilm i bronchoalveolar lavage (BAL) prøver blevet beskrevet ved konfokal laser scanningsmikroskopi (CLSM) hos pædiatriske patienter med BE, selv i de prøver, hvor kulturen var negativ. Dette fund henleder opmærksomheden på manglen på undersøgelser af biofilm i BE og vigtigheden af ​​at forbedre diagnostiske værktøjer til påvisning i luftvejsprøver, især hos patienter med tilbagevendende eksacerbationer på trods af antibiotikabehandling.

Mellem 30 og 50 % af patienter med moderat eller svær KOL har BE. Dets prævalens stiger med sværhedsgraden af ​​KOL, mens 5-10 % af patienter med BE har KOL. Patienter med KOL og BE udgør en klinisk gruppe med sine egne karakteristika (øget sputumproduktion og purulens, større dyspnø og antal eksacerbationer), dårligere prognose, mulige terapeutiske implikationer og højere dødelighed. Selvom årsagerne til eksacerbationer endnu ikke er godt forstået, menes bakterielle infektioner at være involveret i ca. halvdelen af ​​tilfældene, PA er en af ​​de hyppigste patogener isoleret fra disse eksacerbationer og er forbundet med højere dødelighed. PA fra sputum fra kronisk inficerede KOL-patienter har tendens til at være mindre cytotoksisk og bevægelig og producerer mere biofilm end PA fra blodprøver. Derfor foreslår nogle forfattere, at KOL, BE og CF præsenterer lignende infektions- og udviklingsmønstre. Efter dette ræsonnement er vores hypotese, at PA-biofilm kan være en af ​​de patogene mekanismer, der er forbundet med både persistensen af ​​infektioner og hyppigheden og sværhedsgraden af ​​eksacerbationer hos patienter med BE (med eller uden KOL). Der er dog behov for yderligere forskning ved hjælp af anbefalingerne i de nuværende retningslinjer for at bekræfte denne hypotese.

Nogle forfattere, som har undersøgt mikrobiel dysbiose ved KOL-eksacerbationer, har set, at det sammen med eosinofil inflammation er forbundet med mere alvorlige eksacerbationer og et større fald i lungefunktionen. Longitudinelle undersøgelser af mikrobiomet i sputum hos patienter med BE tyder på, at håndteringen af ​​kronisk bronkial infektion kan forbedres med en terapi, der er specifik for dets mikrobiom, under hensyntagen til byrden af ​​patogenet, stabiliteten i samfundet og akutte og kroniske samfundsreaktioner på antibiotika. Imidlertid er udsvingene i mikrobiomet og dets forudsigende rolle i forværringerne af bronkiektasi endnu ikke blevet undersøgt i dybden. Studiet af variationer i mikrobiomet før og under eksacerbationen kunne afsløre nye terapeutiske mål, der kan have en indvirkning på behandlingen af ​​patienter. Resultaterne kan hjælpe med at bestemme behovet for at administrere antimikrobiel behandling hos patienter med negative mikrobiologiske kulturer under eksacerbationen. Der er bevis for, at en afbalanceret oral flora kunne have en beskyttende rolle mod kolonisering af spyt af PA; et mikrobiommønster med en beskyttende effekt på de øvre luftveje mod PA hos BE-patienter og dets forhold til PA-biofilm er dog endnu ikke beskrevet.

Samtidig bestemmer systemiske biomarkører og inflammatoriske cytokiner den potentielle betydning af kronisk PA-infektion og produktionen af ​​biofilm. Systemisk CRP har vist sig at være korreleret med højere BE-score som FACED og BSI. Der er dog ingen longitudinelle undersøgelser, der evaluerer intensiteten og varigheden af ​​systemisk inflammation forårsaget af kronisk PA-infektion.

Spredningen af ​​antibiotikaresistens og stigende forekomst af biofilm-associerede infektioner driver efterspørgslen efter nye midler til at behandle så vanskelige at udrydde bakterielle infektioner. For nylig offentliggjorde WHO en liste over bakterier for med forskning i nye antibiotika er et presserende behov. Lægemiddelopdagelse og -udvikling er en kedelig, lang og kostbar indsats, der kan tage hundredvis af millioner EUR og 10-15 år fra bænkens opdagelse til sengekanten. Kroniske PA-infektioner forbundet med BE behandles typisk med kombinationer af op til tre antimikrobielle stoffer. På trods af periodiske forløb med multilægemiddelterapi er effektiv helbredelse af disse sygdomme under optimale niveauer. Det er da klart, at der er behov for nye terapeutiske muligheder for at forbedre positive resultater hos disse patienter. Vores tilgang fokuserer på begrebet synergi, dvs. at identificere synergistiske kombinationer af antibiotika, der sammen er mere effektive, end når de bruges alene. Efterforskerne sigter mod systematisk at evaluere de synergistiske interaktioner af aktuelt anvendte antibiotika og udforske introduktionen af ​​andre klinisk godkendte antibiotika. Da deres farmakologi og toksicitet allerede er veldokumenteret, kan enhver potentiel synergistisk antibiotikakombination udvikle sig til kliniske forsøg til en brøkdel af standardudviklingsomkostningerne og på meget kortere tid. Sammen med dette er den nanocarrier-medierede leveringsstrategi blevet foreslået som en lovende tilgang til behandling af lægemiddelresistente infektioner. Nanoteknologi kan give en innovativ platform til at tackle udfordringen med PA kroniske infektioner forbundet med bronkiektasi, med potentiale til at håndtere vanskelige at behandle infektioner, der involverer multidrug-resistente (MDR) bakterier. Især polysaccharid (PS)-baserede nanobærere er ideelle vehikler til indkapsling af antimikrobielle stoffer, og alginat er en ideel bærer til pulmonal administration på grund af dets mucoadhæsive egenskaber.