Rollen til Pseudomonas Aeruginosa biofilmer i eksacerbasjoner hos pasienter med bronkiektasi med og uten kronisk obstruktiv lungesykdom

Dette prosjektet vil studere sammenhengen mellom kronisk PA-infeksjon i luftveiene og dannelsen av biofilmer i følgende pasientpopulasjoner: 1-bronkiektase ikke assosiert med cystisk fibrose (BQ) og 2-bronkiektasi med kronisk obstruktiv lungesykdom (BQ-EPOC). Hovedmålet er å bestemme sammenhengen mellom kronisk infeksjon av PA, tilstedeværelse av biofilmer av PA og den verste utviklingen av sykdommen målt hovedsakelig ved antall eksaserbasjoner per år (primært utfall) dager frem til neste forverring, livskvalitet og tvunget Ekspiratorisk volum (FEV1), og inflammatoriske biomarkører (sekundære utfall). For dette vil disse parametrene sammenlignes hos pasienter med kronisk infeksjon av PA og med tilstedeværelsen av biofilmer av PA i oppspytet (identifisert av FISH-CLSM) kontra de med PA uten kronisk infeksjon og uten biofilm (kontrollnegativ) i hver studie befolkning (BE og BE-KOLS). Etterforskerne vil analysere, til rekruttering og sekvensielt (3 avgjørelser), ulike aspekter ved biofilmene som er detaljert i metodikken. I tillegg, ved å sammenligne mikrobiomet før, under og etter hver eksacerbasjon, vil etterforskerne forsøke å identifisere de mikrobielle mønstrene som innebærer en høyere risiko for forverring, de med en beskyttende rolle mot kronisk PA-infeksjon og dens forhold til biofilmer.

Diagnosen av biofilm er ennå ikke rutinemessig implementert i klinisk praksis for infeksjoner med kronisk obstruktiv lungesykdom (KOLS) og NonCF Bronkiektasi (BE). De første retningslinjene for diagnostisering og behandling av biofilminfeksjoner ble publisert i 2015 og inkluderte mange biofilmassosierte infeksjoner, men ikke KOLS eller BE. Det er faktisk svært få studier på tilstedeværelsen av PA-biofilmer i disse populasjonene og på deres potensielle rolle i eksaserbasjoner. Imidlertid er det solide vitenskapelige bevis for at PA-biofilmer er assosiert med kroniske luftveisinfeksjoner hos pasienter med cystisk fibrose (CF), og er den primære årsaken til økt sykelighet og dødelighet. Det er rapportert at under kronisk PA-lungeinfeksjon ved CF, tilpasser PA seg til forskjellige nisjer i lungene. Både mucoide (biofilmer) og ikke-mucoide (planktoniske) bakterier er tilstede i sputum. Celler med høyere mutasjonshastighet utvikler multiresistens mot mange antibiotika og deres in situ veksthastighet er lavere, siden bakterier reduserer metabolismen betinget av høyt polymorfonukleært oksygenforbruk. Foreløpig har imidlertid ingenting av dette blitt beskrevet hos pasienter med BE; faktisk er det svært få studier på tilstedeværelsen av PA-biofilmer i disse populasjonene, og deres rolle i eksaserbasjonene har ikke blitt demonstrert. I tillegg er det lite bevis på assosiasjonen av mikrobiomet dysbiose med kronisk kolonisering av PA og under eksacerbasjoner.

Kronisk kolonisering av PA er tilstede hos 12-27 % av pasientene med BE og BE-KOLS, og innebærer en dårligere prognose (en 3 ganger økning i dødelighetsrisiko) og opptil 7 ganger økning i risikoen for sykehusinnleggelse, med et gjennomsnitt på én ekstra forverring per pasient og per år. Hos disse pasientene er utryddelse av PA vanskelig, til tross for at en adekvat antimikrobiell behandling reduserer bakteriemengden og antall eksaserbasjoner og forbedrer lungefunksjon og livskvalitet. En av hovedutfordringene hos pasienter med BE er utryddelsen av PA, spesielt i de tidlige stadiene av kolonisering av dette patogenet. I denne situasjonen anbefales aggressiv antibiotikabehandling. Imidlertid mislykkes denne utryddelsen i en betydelig prosentandel av tilfellene. I tillegg til økningen i multiresistens i PA, selv mot kinoloner, er dens evne til å produsere biofilmer og overleve i dem en av årsakene til den mislykkede utryddelsen. Selv om tilstedeværelsen av PA i sputum er en faktor for dårlig prognose i BE, har biofilmer ennå ikke blitt identifisert og karakterisert (dvs. deres tilstedeværelse, størrelse, mengde alginat og metabolsk status) i sputum av disse populasjonene. Nylig har tilstedeværelsen av biofilmer i bronkoalveolar lavage (BAL) prøver blitt beskrevet ved konfokal laserskanningsmikroskopi (CLSM) hos pediatriske pasienter med BE, selv i de prøvene der kulturen var negativ. Dette funnet trekker oppmerksomheten mot mangelen på studier på biofilm i BE og viktigheten av å forbedre diagnostiske verktøy for påvisning i luftveisprøver, spesielt hos pasienter med tilbakevendende eksaserbasjoner til tross for antibiotikabehandling.

Mellom 30 og 50 % av pasientene med moderat eller alvorlig KOLS har BE. Prevalensen øker med alvorlighetsgraden av KOLS, mens 5-10 % av pasientene med BE har KOLS. Pasienter med KOLS og BE utgjør en klinisk gruppe med egne karakteristika (økt oppspyttproduksjon og purulens, større dyspné og antall eksaserbasjoner), dårligere prognose, mulige terapeutiske implikasjoner og høyere dødelighet. Selv om årsakene til eksaserbasjoner ennå ikke er godt forstått, antas bakterieinfeksjoner å være involvert i omtrent halvparten av tilfellene PA er en av de hyppigste patogenene isolert fra disse eksaserbasjonene og er assosiert med høyere dødelighet. PA fra sputum fra kronisk infiserte KOLS-pasienter har en tendens til å være mindre cellegift og bevegelig og produserer mer biofilm enn PA fra blodprøver. Derfor antyder noen forfattere at KOLS, BE og CF presenterer lignende infeksjons- og evolusjonsmønstre. Etter dette resonnementet er hypotesen vår at PA-biofilmer kan være en av de patogene mekanismene assosiert med både vedvarende infeksjoner og hyppigheten og alvorlighetsgraden av forverringer hos pasienter med BE (med eller uten KOLS). Det er imidlertid nødvendig med ytterligere forskning ved å bruke anbefalingene i gjeldende retningslinjer for å bekrefte denne hypotesen.

Noen forfattere som har studert mikrobiell dysbiose ved KOLS-eksaserbasjoner, har sett at det sammen med eosinofil betennelse er assosiert med mer alvorlige eksaserbasjoner og større fall i lungefunksjonen. Longitudinelle studier av mikrobiomet i sputum hos pasienter med BE tyder på at håndteringen av kronisk bronkial infeksjon kan forbedres med en terapi som er spesifikk for mikrobiomet, tar hensyn til belastningen av patogenet, stabiliteten i samfunnet og akutt. og kroniske samfunnsresponser på antibiotika. Imidlertid er svingningene i mikrobiomet og dets prediktive rolle i forverringene av bronkiektasi ennå ikke blitt studert i dybden. Studiet av variasjoner i mikrobiomet før og under eksacerbasjonen kan avdekke nye terapeutiske mål som kan ha innvirkning på behandlingen av pasienter. Resultatene kan bidra til å bestemme behovet for å gi antimikrobiell behandling hos pasienter med negative mikrobiologiske kulturer under eksacerbasjonen. Det er bevis på at en balansert oral flora kan ha en beskyttende rolle mot kolonisering av spytt av PA; Imidlertid er et mikrobiommønster med en beskyttende effekt på de øvre luftveiene mot PA hos BE-pasienter og dets forhold til PA-biofilmer ennå ikke beskrevet.

Samtidig bestemmer systemiske biomarkører og inflammatoriske cytokiner den potensielle betydningen av kronisk PA-infeksjon og produksjonen av biofilmer. Systemisk CRP har vist seg å være korrelert med høyere BE-score som FACED og BSI. Imidlertid er det ingen longitudinelle studier som evaluerer intensiteten og varigheten av systemisk betennelse forårsaket av kronisk PA-infeksjon.

Spredningen av antibiotikaresistens og økende forekomst av biofilmassosierte infeksjoner driver etterspørselen etter nye midler for å behandle så vanskelig å utrydde bakterielle infeksjoner. Nylig publiserte WHO en liste over bakterier for med forskning på nye antibiotika er et presserende behov. Oppdagelse og utvikling av legemidler er en kjedelig, lang og kostbar innsats som kan ta hundrevis av millioner euro og 10-15 år fra benken ble funnet til sengekanten. Kroniske PA-infeksjoner assosiert med BE behandles vanligvis med kombinasjoner av opptil tre antimikrobielle midler. Til tross for periodiske kurer med multimedikamentell behandling, er effektiv kur for disse sykdommene under optimale nivåer. Det er da klart at nye terapeutiske alternativer er nødvendige for å forbedre positive resultater hos disse pasientene. Vår tilnærming fokuserer på konseptet synergi, det vil si å identifisere synergistiske kombinasjoner av antibiotika, som sammen er mer effektive enn når de brukes alene. Etterforskerne tar sikte på å systematisk evaluere de synergistiske interaksjonene til for tiden brukte antibiotika og utforske introduksjonen av andre klinisk godkjente antibiotika. Siden deres farmakologi og toksisitet allerede er godt dokumentert, kan enhver potensiell synergistisk antibiotikakombinasjon utvikle seg til kliniske studier til en brøkdel av standard utviklingskostnad og på mye kortere tid. Sammen med dette har nanobærer-mediert leveringsstrategi blitt foreslått som en lovende tilnærming til behandling av medikamentresistente infeksjoner. Nanoteknologi kan gi en innovativ plattform for å møte utfordringen med PA kroniske infeksjoner assosiert med bronkiektasi, med potensial for å håndtere vanskelige å behandle infeksjoner som involverer multiresistente (MDR) bakterier. Spesielt polysakkarid (PS)-baserte nanobærere er ideelle bærere for innkapsling av antimikrobielle stoffer, og alginat er en ideell bærer for pulmonal administrering på grunn av dets mucoadhesive egenskaper.