Ruolo dei biofilm di Pseudomonas aeruginosa nelle riacutizzazioni nei pazienti con bronchiectasie con e senza broncopneumopatia cronica ostruttiva

Questo progetto studierà l'associazione tra l'infezione cronica da PA nelle vie aeree e la formazione di biofilm nelle seguenti popolazioni di pazienti: 1-bronchiectasie non associate a fibrosi cistica (BQ) e 2-bronchiectasie con broncopneumopatia cronica ostruttiva (BQ-EPOC). L'obiettivo primario è determinare l'associazione tra infezione cronica da PA, presenza di biofilm di PA e la peggiore evoluzione della malattia misurata principalmente dal numero di riacutizzazioni per anno (outcome primario) giorni fino alla successiva riacutizzazione, qualità della vita e forzata Volume espiratorio (FEV1) e biomarcatori infiammatori (outcome secondari). Per questo, questi parametri saranno confrontati in pazienti con infezione cronica da PA e con presenza di biofilm di PA nell'espettorato (identificati da FISH-CLSM) rispetto a quelli con PA senza infezione cronica e senza biofilm (controllo negativo) in ciascuno studio popolazione (BE e BE-BPCO). Gli investigatori analizzeranno, al reclutamento e in sequenza (3 determinazioni), vari aspetti dei biofilm che sono dettagliati nella metodologia. Inoltre, confrontando il microbioma prima, durante e dopo ogni riacutizzazione, i ricercatori cercheranno di identificare quei pattern microbici che comportano un rischio più elevato di riacutizzazione, quelli con un ruolo protettivo contro l'infezione cronica da PA e la sua relazione con i biofilm.

La diagnosi di biofilm non è ancora implementata di routine nella pratica clinica per le infezioni da broncopneumopatia cronica ostruttiva (BPCO) e bronchiectasie non CF (BE). Le prime linee guida per la diagnosi e il trattamento delle infezioni da biofilm sono state pubblicate nel 2015 e includevano molte infezioni associate a biofilm, ma non BPCO o BE. Esistono infatti pochissimi studi sulla presenza di biofilm di PA in queste popolazioni e sul loro potenziale ruolo nelle riacutizzazioni. Tuttavia, esistono solide prove scientifiche che i biofilm PA sono associati a infezioni respiratorie croniche nei pazienti con fibrosi cistica (FC) e sono la causa principale della loro maggiore morbilità e mortalità. È stato riportato che durante l'infezione polmonare cronica da PA nella FC, la PA si adatta a diverse nicchie nei polmoni. Sia i batteri mucoidi (biofilm) che quelli non mucoidi (planctonici) sono presenti nell'espettorato. Le cellule con tasso di mutazione più elevato sviluppano multiresistenza a molti antibiotici e il loro tasso di crescita in situ è ​​inferiore, poiché i batteri diminuiscono il loro metabolismo condizionato dall'elevato consumo di ossigeno polimorfonucleare. esistono infatti pochissimi studi sulla presenza di biofilm di PA in queste popolazioni e il loro ruolo nelle riacutizzazioni non è stato dimostrato. Inoltre, ci sono poche prove dell'associazione della disbiosi del microbioma con la colonizzazione cronica da PA e durante le riacutizzazioni.

La colonizzazione cronica da PA è presente nel 12-27% dei pazienti con BE e BE-BPCO, e comporta una prognosi peggiore (un aumento di 3 volte del rischio di mortalità) e un aumento fino a 7 volte del rischio di ricovero ospedaliero, con una media di una riacutizzazione aggiuntiva per paziente e per anno. In questi pazienti l'eradicazione della PA è difficile, nonostante un adeguato trattamento antimicrobico riduca la carica batterica e il numero di riacutizzazioni e migliori la funzionalità polmonare e la qualità della vita. Una delle principali sfide nei pazienti con BE è l'eradicazione della PA, specialmente durante le prime fasi della colonizzazione da parte di questo patogeno. In questa situazione, si raccomanda un trattamento antibiotico aggressivo. Tuttavia, questa eradicazione fallisce in una notevole percentuale di casi. Oltre all'aumento della multiresistenza in PA, anche nei confronti dei chinoloni, la sua capacità di produrre biofilm e sopravvivere in essi è uno dei motivi della mancata eradicazione. Sebbene la presenza di PA nell'espettorato sia un fattore di prognosi sfavorevole nella BE, i biofilm non sono stati ancora identificati e caratterizzati (cioè la loro presenza, dimensione, quantità di alginato e stato metabolico) nell'espettorato di queste popolazioni. Recentemente, la presenza di biofilm in campioni di lavaggio broncoalveolare (BAL) è stata descritta mediante microscopia confocale a scansione laser (CLSM) in pazienti pediatrici con BE, anche in quei campioni in cui la coltura era negativa. Questa scoperta richiama l'attenzione sulla mancanza di studi sul biofilm in BE e sull'importanza di migliorare gli strumenti diagnostici per il rilevamento nei campioni respiratori, specialmente nei pazienti con esacerbazioni ricorrenti nonostante il trattamento antibiotico.

Tra il 30 e il 50% dei pazienti con BPCO moderata o grave ha BE. La sua prevalenza aumenta con la gravità della BPCO, mentre il 5-10% dei pazienti con BE ha la BPCO. I pazienti con BPCO e BE formano un gruppo clinico con caratteristiche proprie (aumento della produzione e della purulenza dell'espettorato, maggiore dispnea e numero di riacutizzazioni), prognosi peggiore, possibili implicazioni terapeutiche e maggiore mortalità. Sebbene le cause delle riacutizzazioni non siano ancora ben comprese, si ritiene che le infezioni batteriche siano coinvolte in circa la metà dei casi. La PA è uno dei patogeni più frequentemente isolati da queste riacutizzazioni ed è associata a una mortalità più elevata. PA da espettorato di pazienti con BPCO cronicamente infetti tende ad essere meno citotossico e mobile e produce più biofilm di PA da campioni di sangue. Pertanto, alcuni autori suggeriscono che BPCO, BE e CF presentino modelli simili di infezione ed evoluzione. Seguendo questo ragionamento, la nostra ipotesi è che i biofilm PA potrebbero essere uno dei meccanismi patogenetici associati sia alla persistenza delle infezioni sia alla frequenza e alla gravità delle riacutizzazioni nei pazienti con BE (con o senza BPCO). Tuttavia, sono necessarie ulteriori ricerche utilizzando le raccomandazioni delle attuali linee guida per confermare questa ipotesi.

Alcuni autori che hanno studiato la disbiosi microbica nelle riacutizzazioni della BPCO hanno visto che, insieme all'infiammazione eosinofila, è associata a riacutizzazioni più gravi ea una maggiore caduta della funzione polmonare. Studi longitudinali del microbioma nell'espettorato di pazienti con BE suggeriscono che la gestione dell'infezione bronchiale cronica può essere migliorata con una terapia specifica per il suo microbioma, tenendo conto del carico del patogeno, della stabilità della comunità e della e le risposte croniche della comunità agli antibiotici. Tuttavia, le fluttuazioni del microbioma e il suo ruolo predittivo nelle riacutizzazioni delle bronchiectasie non sono state ancora studiate a fondo. Lo studio delle variazioni del microbioma prima e durante la riacutizzazione potrebbe rivelare nuovi bersagli terapeutici che potrebbero avere un impatto sulla gestione dei pazienti. I risultati potrebbero aiutare a determinare la necessità di somministrare un trattamento antimicrobico nei pazienti con colture microbiologiche negative durante la riacutizzazione. Ci sono prove che una flora orale equilibrata potrebbe avere un ruolo protettivo contro la colonizzazione della saliva da parte della PA; tuttavia, non è stato ancora descritto un modello di microbioma con un effetto protettivo sul tratto respiratorio superiore contro la PA nei pazienti con BE e la sua relazione con i biofilm di PA.

Allo stesso tempo, i biomarcatori sistemici e le citochine infiammatorie determinano la potenziale importanza dell'infezione cronica da PA e la produzione di biofilm. È stato dimostrato che la CRP sistemica è correlata con punteggi BE più elevati come FACED e BSI. Tuttavia, non esistono studi longitudinali che valutino l'intensità e la durata dell'infiammazione sistemica causata dall'infezione cronica da PA.

La diffusione della resistenza agli antibiotici e la crescente prevalenza delle infezioni associate al biofilm sta guidando la domanda di nuovi mezzi per trattare infezioni batteriche così difficili da eradicare. Di recente, l'OMS ha pubblicato un elenco di batteri per i quali è urgentemente necessaria la ricerca su nuovi antibiotici. La scoperta e lo sviluppo di farmaci è un'impresa noiosa, lunga e costosa che può richiedere centinaia di milioni di euro e 10-15 anni dalla scoperta al letto del paziente. Le infezioni croniche da PA associate a BE sono tipicamente trattate con combinazioni fino a tre antimicrobici. Nonostante cicli periodici di terapia multifarmaco, la cura efficace per queste malattie è al di sotto dei livelli ottimali. È chiaro quindi che sono necessarie nuove opzioni terapeutiche per migliorare i risultati positivi in ​​questi pazienti. Il nostro approccio si concentra sul concetto di sinergia, ovvero identificare combinazioni sinergiche di antibiotici, essendo insieme più efficaci che se usati da soli. Gli investigatori mirano a valutare sistematicamente le interazioni sinergiche degli antibiotici attualmente utilizzati ed esplorare l'introduzione di altri antibiotici clinicamente approvati. Poiché la loro farmacologia e tossicità sono già state ben documentate, qualsiasi potenziale combinazione sinergica di antibiotici potrebbe passare agli studi clinici a una frazione del costo di sviluppo standard e in un periodo di tempo molto più breve. Insieme a questo, la strategia di consegna mediata da nanocarrier è stata suggerita come un approccio promettente nel trattamento delle infezioni resistenti ai farmaci. La nanotecnologia può fornire una piattaforma innovativa per affrontare la sfida delle infezioni croniche da AP associate alle bronchiectasie, con il potenziale per gestire infezioni difficili da trattare che coinvolgono batteri multiresistenti (MDR). In particolare, i nanocarriers a base di polisaccaridi (PS) sono veicoli ideali per l'incapsulamento di antimicrobici e l'alginato è un carrier ideale per la somministrazione polmonare grazie alle sue proprietà mucoadesive.