De rol van biofilms van Pseudomonas Aeruginosa bij exacerbaties bij patiënten met bronchiëctasie met en zonder chronische obstructieve longziekte

Dit project zal het verband bestuderen tussen chronische PA-infectie in de luchtwegen en de vorming van biofilms in de volgende patiëntenpopulaties: 1-bronchiëctasie niet geassocieerd met cystische fibrose (BQ) en 2-bronchiëctasie met chronische obstructieve longziekte (BQ-EPOC). Het primaire doel is het bepalen van het verband tussen chronische infectie door PA, de aanwezigheid van biofilms van PA en de ergste evolutie van de ziekte, voornamelijk gemeten aan de hand van het aantal exacerbaties per jaar (primair resultaat) dagen tot de volgende exacerbatie, kwaliteit van leven en gedwongen Expiratoir volume (FEV1) en inflammatoire biomarkers (secundaire uitkomsten). Hiervoor zullen deze parameters worden vergeleken bij patiënten met chronische infectie door PA en met de aanwezigheid van biofilms van PA in het sputum (geïdentificeerd door FISH-CLSM) vs patiënten met PA zonder chronische infectie en zonder biofilms (controle negatief) in elke studie bevolking (BE en BE-COPD). De onderzoekers analyseren, tot aan de rekrutering en achtereenvolgens (3 bepalingen), verschillende aspecten van de biofilms die in de methodologie worden beschreven. Door het microbioom voor, tijdens en na elke exacerbatie te vergelijken, zullen de onderzoekers bovendien proberen die microbiële patronen te identificeren die een hoger risico op exacerbatie met zich meebrengen, die met een beschermende rol tegen chronische PA-infectie en de relatie met biofilms.

De diagnose van biofilms wordt nog niet routinematig geïmplementeerd in de klinische praktijk voor chronische obstructieve longziekte (COPD) en niet-CF bronchiëctasie (BE) infecties. De eerste richtlijnen voor de diagnose en behandeling van biofilminfecties werden gepubliceerd in 2015 en omvatten veel biofilm-geassocieerde infecties, maar niet COPD of BE. Er zijn in feite zeer weinig studies over de aanwezigheid van PA-biofilms in deze populaties en over hun mogelijke rol bij exacerbaties. Er is echter degelijk wetenschappelijk bewijs dat PA-biofilms geassocieerd zijn met chronische luchtweginfecties bij cystic fibrosis (CF)-patiënten, en de primaire oorzaak zijn van hun verhoogde morbiditeit en mortaliteit. Er is gemeld dat tijdens chronische PA-longinfectie bij CF, PA zich aanpast aan verschillende niches in de longen. Zowel mucoïde (biofilms) als niet-mucoïde (plankton) bacteriën zijn aanwezig in sputum. Cellen met een hogere mutatiesnelheid ontwikkelen multiresistentie tegen veel antibiotica en hun groeisnelheid in situ is lager, aangezien bacteriën hun metabolisme verminderen, geconditioneerd door een hoog polymorfonucleair zuurstofverbruik. Tot nu toe is hiervan echter niets beschreven bij patiënten met BE; in feite zijn er zeer weinig studies over de aanwezigheid van PA-biofilms in deze populaties, en hun rol in de exacerbaties is niet aangetoond. Bovendien is er weinig bewijs van de associatie van de microbioomdysbiose met chronische kolonisatie door PA en tijdens exacerbaties.

Chronische kolonisatie door PA is aanwezig bij 12-27% van de patiënten met BE en BE-COPD, en brengt een slechtere prognose met zich mee (een 3-voudige toename van het sterfterisico) en een tot 7-voudige toename van het risico op ziekenhuisopname, met gemiddeld één extra exacerbatie per patiënt en per jaar. Bij deze patiënten is uitroeiing van PA moeilijk, ondanks het feit dat een adequate antimicrobiële behandeling de bacteriële belasting en het aantal exacerbaties vermindert en de longfunctie en kwaliteit van leven verbetert. Een van de belangrijkste uitdagingen bij patiënten met BE is de uitroeiing van PA, vooral tijdens de vroege stadia van kolonisatie door deze ziekteverwekker. In deze situatie wordt een agressieve antibioticabehandeling aanbevolen. Deze uitroeiing mislukt echter in een opmerkelijk percentage van de gevallen. Naast de toename van multiresistentie in PA, zelfs tegen chinolonen, is het vermogen om biofilms te produceren en daarin te overleven een van de redenen voor de mislukte uitroeiing. Hoewel de aanwezigheid van PA in sputum een ​​factor is van een slechte prognose bij BE, zijn biofilms nog niet geïdentificeerd en gekarakteriseerd (d.w.z. hun aanwezigheid, grootte, hoeveelheid alginaat en metabole status) in het sputum van deze populaties. Onlangs is de aanwezigheid van biofilms in bronchoalveolaire lavage (BAL) -monsters beschreven door confocale laserscanningmicroscopie (CLSM) bij pediatrische patiënten met BE, zelfs in die monsters waarin de kweek negatief was. Deze bevinding vestigt de aandacht op het gebrek aan studies over biofilm in BE en het belang van het verbeteren van diagnostische hulpmiddelen voor detectie in respiratoire monsters, vooral bij patiënten met terugkerende exacerbaties ondanks behandeling met antibiotica.

Tussen 30 en 50% van de patiënten met matige of ernstige COPD heeft BE. De prevalentie neemt toe met de ernst van COPD, terwijl 5-10% van de patiënten met BE COPD heeft. Patiënten met COPD en BE vormen een klinische groep met eigen kenmerken (verhoogde sputumproductie en purulentie, meer kortademigheid en aantal exacerbaties), slechtere prognose, mogelijke therapeutische implicaties en hogere mortaliteit. Hoewel de oorzaken van exacerbaties nog niet goed worden begrepen, wordt aangenomen dat bacteriële infecties bij ongeveer de helft van de gevallen een rol spelen. PA is een van de meest voorkomende pathogenen die uit deze exacerbaties worden geïsoleerd en wordt geassocieerd met een hogere mortaliteit. PA uit sputum van chronisch geïnfecteerde COPD-patiënten is meestal minder cytotoxisch en beweeglijk en produceert meer biofilm dan PA uit bloedmonsters. Daarom suggereren sommige auteurs dat COPD, BE en CF vergelijkbare patronen van infectie en evolutie vertonen. Deze redenering volgend, is onze hypothese dat PA-biofilms een van de pathogene mechanismen zouden kunnen zijn die geassocieerd zijn met zowel de persistentie van infecties als de frequentie en ernst van exacerbaties bij patiënten met BE (met of zonder COPD). Verder onderzoek aan de hand van de aanbevelingen van de huidige richtlijnen is echter nodig om deze hypothese te bevestigen.

Sommige auteurs die microbiële dysbiose bij COPD-exacerbaties hebben bestudeerd, hebben gezien dat het, samen met eosinofiele ontsteking, gepaard gaat met ernstigere exacerbaties en een grotere afname van de longfunctie. Longitudinale studies van het microbioom in het sputum van patiënten met BE suggereren dat de behandeling van chronische bronchiale infectie kan worden verbeterd met een therapie die specifiek is voor het microbioom, waarbij rekening wordt gehouden met de belasting van de ziekteverwekker, de stabiliteit van de gemeenschap en acute en chronische reacties van de gemeenschap op antibiotica. De fluctuaties in het microbioom en de voorspellende rol ervan in de exacerbaties van bronchiëctasie zijn echter nog niet diepgaand bestudeerd. De studie van variaties in het microbioom voor en tijdens de exacerbatie kan nieuwe therapeutische doelen aan het licht brengen die van invloed kunnen zijn op de behandeling van patiënten. De resultaten kunnen helpen bij het bepalen van de noodzaak om antimicrobiële behandeling toe te dienen bij patiënten met negatieve microbiologische culturen tijdens de exacerbatie. Er zijn aanwijzingen dat een evenwichtige orale flora een beschermende rol zou kunnen spelen tegen de kolonisatie van speeksel door PA; een microbioompatroon met een beschermend effect op de bovenste luchtwegen tegen PA bij BE-patiënten en de relatie met PA-biofilms is echter nog niet beschreven.

Tegelijkertijd bepalen systemische biomarkers en inflammatoire cytokines het potentiële belang van chronische PA-infectie en de productie van biofilms. Er is aangetoond dat systemische CRP gecorreleerd is met hogere BE-scores zoals FACED en BSI. Er zijn echter geen longitudinale onderzoeken die de intensiteit en duur van systemische ontsteking veroorzaakt door chronische PA-infectie evalueren.

De verspreiding van antibioticaresistentie en de toenemende prevalentie van biofilm-geassocieerde infecties stuwt de vraag naar nieuwe middelen om zulke moeilijk uit te roeien bacteriële infecties te behandelen. Onlangs heeft de WHO een lijst met bacteriën gepubliceerd waarvoor dringend onderzoek naar nieuwe antibiotica nodig is. Het ontdekken en ontwikkelen van geneesmiddelen is een vervelende, lange en kostbare onderneming die honderden miljoenen euro's en 10-15 jaar kan kosten, van de ontdekking op de bank tot aan het bed. Chronische PA-infecties geassocieerd met BE worden doorgaans behandeld met combinaties van maximaal drie antimicrobiële stoffen. Ondanks periodieke behandelingen met meerdere geneesmiddelen, is de effectieve genezing van deze ziekten onder het optimale niveau. Het is dan ook duidelijk dat er nieuwe therapeutische opties nodig zijn om positieve resultaten bij deze patiënten te verbeteren. Onze aanpak richt zich op het concept van synergie, d.w.z. het identificeren van synergetische combinaties van antibiotica, die samen effectiever zijn dan wanneer ze alleen worden gebruikt. De onderzoekers streven ernaar de synergetische interacties van momenteel gebruikte antibiotica systematisch te evalueren en de introductie van andere klinisch goedgekeurde antibiotica te onderzoeken. Aangezien hun farmacologie en toxiciteit al goed gedocumenteerd zijn, zou elke potentiële synergetische combinatie van antibiotica in veel kortere tijd kunnen worden omgezet in klinische proeven tegen een fractie van de standaardontwikkelingskosten. Daarnaast is de door nanodrager gemedieerde toedieningsstrategie voorgesteld als een veelbelovende benadering bij de behandeling van geneesmiddelresistente infecties. Nanotechnologie kan een innovatief platform bieden voor het aanpakken van de uitdaging van chronische PA-infecties die verband houden met bronchiëctasie, met het potentieel om moeilijk te behandelen infecties met multiresistente (MDR) bacteriën te behandelen. Met name op polysaccharide (PS) gebaseerde nanodragers zijn ideale vehikels voor het inkapselen van antimicrobiële stoffen en alginaat is een ideale drager voor pulmonale toediening vanwege zijn mucoadhesieve eigenschappen.