Rola biofilmów Pseudomonas Aeruginosa w zaostrzeniach u pacjentów z rozstrzeniem oskrzeli z przewlekłą obturacyjną chorobą płuc i bez niej

W ramach tego projektu zbadany zostanie związek między przewlekłą infekcją PA w drogach oddechowych a tworzeniem się biofilmów w następujących populacjach pacjentów: 1-rozstrzenie oskrzeli niezwiązane z mukowiscydozą (BQ) i 2-rozstrzenie oskrzeli z przewlekłą obturacyjną chorobą płuc (BQ-EPOC). Głównym celem jest określenie związku pomiędzy przewlekłą infekcją PA, obecnością biofilmów PA i najgorszą ewolucją choroby, mierzoną głównie liczbą zaostrzeń w ciągu roku (pierwotny wynik) dni do następnego zaostrzenia, jakością życia i przymusową Objętość wydechowa (FEV1) i biomarkery stanu zapalnego (wyniki drugorzędne). W tym celu parametry te zostaną porównane u pacjentów z przewlekłą infekcją PA i obecnością biofilmów PA w plwocinie (zidentyfikowanych za pomocą FISH-CLSM) z pacjentami z PA bez przewlekłej infekcji i bez biofilmów (kontrola ujemna) w każdym badaniu populacji (BE i BE-POChP). Badacze przeanalizują, do rekrutacji i sekwencyjnie (3 oznaczenia), różne aspekty biofilmów, które są wyszczególnione w metodologii. Ponadto, porównując mikrobiom przed, w trakcie i po każdym zaostrzeniu, badacze spróbują zidentyfikować te wzorce drobnoustrojów, które pociągają za sobą większe ryzyko zaostrzenia, te, które pełnią rolę ochronną przed przewlekłą infekcją PA i jej związek z biofilmami.

Diagnostyka biofilmów nie jest jeszcze rutynowo wdrażana w praktyce klinicznej w przypadku zakażeń przewlekłej obturacyjnej choroby płuc (POChP) i rozstrzeni oskrzeli (BE). Pierwsze wytyczne dotyczące diagnostyki i leczenia zakażeń biofilmem zostały opublikowane w 2015 roku i obejmowały wiele zakażeń związanych z biofilmem, ale nie POChP ani BE. W rzeczywistości istnieje bardzo niewiele badań dotyczących obecności biofilmów PA w tych populacjach i ich potencjalnej roli w zaostrzeniach. Istnieją jednak solidne dowody naukowe, że biofilmy PA są związane z przewlekłymi infekcjami dróg oddechowych u pacjentów z mukowiscydozą (CF) i są główną przyczyną ich zwiększonej zachorowalności i śmiertelności. Donoszono, że podczas przewlekłego zakażenia płuc PA w mukowiscydozie PA dostosowuje się do różnych nisz w płucach. W plwocinie obecne są zarówno bakterie śluzowe (biofilmy), jak i nieśluzowe (planktoniczne). Komórki o wyższym wskaźniku mutacji rozwijają wielooporność na wiele antybiotyków, a ich tempo wzrostu in situ jest niższe, ponieważ bakterie zmniejszają swój metabolizm uwarunkowany wysokim zużyciem tlenu przez polimorfojądra. Jak dotąd jednak nic takiego nie zostało opisane u pacjentów z BE; w rzeczywistości istnieje bardzo niewiele badań dotyczących obecności biofilmów PA w tych populacjach, a ich rola w zaostrzeniach nie została wykazana. Ponadto istnieje niewiele dowodów na związek dysbiozy mikrobiomu z przewlekłą kolonizacją przez PA i podczas zaostrzeń.

Przewlekła kolonizacja przez PA występuje u 12–27% chorych na BE i BE-POChP i wiąże się z gorszym rokowaniem (3-krotny wzrost ryzyka zgonu) i nawet 7-krotnym wzrostem ryzyka hospitalizacji, ze średnio jednym dodatkowym zaostrzeniem na pacjenta rocznie. U tych pacjentów eradykacja PA jest trudna, mimo że odpowiednie leczenie przeciwdrobnoustrojowe zmniejsza obciążenie bakteryjne i liczbę zaostrzeń oraz poprawia czynność płuc i jakość życia. Jednym z głównych wyzwań u pacjentów z BE jest eradykacja PA, zwłaszcza we wczesnych stadiach kolonizacji przez ten patogen. W tej sytuacji zaleca się agresywną antybiotykoterapię. Jednak to wyeliminowanie kończy się niepowodzeniem w znacznym odsetku przypadków. Oprócz wzrostu wielooporności w PA, nawet na chinolony, jego zdolność do wytwarzania biofilmów i przetrwania w nich jest jedną z przyczyn nieudanej eradykacji. Chociaż obecność PA w plwocinie jest czynnikiem złego rokowania w BE, biofilmy nie zostały jeszcze zidentyfikowane i scharakteryzowane (tj. ich obecność, wielkość, ilość alginianu i status metaboliczny) w plwocinie tych populacji. Ostatnio obecność biofilmów w próbkach popłuczyn oskrzelowo-pęcherzykowych (BAL) została opisana za pomocą konfokalnej laserowej mikroskopii skaningowej (CLSM) u dzieci z BE, nawet w tych próbkach, w których hodowla była ujemna. To odkrycie zwraca uwagę na brak badań nad biofilmem w BE i znaczenie ulepszenia narzędzi diagnostycznych do wykrywania w próbkach oddechowych, zwłaszcza u pacjentów z nawracającymi zaostrzeniami pomimo leczenia antybiotykami.

Od 30 do 50% pacjentów z umiarkowaną lub ciężką POChP ma BE. Jej częstość wzrasta wraz z ciężkością POChP, podczas gdy 5-10% pacjentów z BE ma POChP. Chorzy na POChP i BE stanowią grupę kliniczną o własnej charakterystyce (zwiększona produkcja i ropność plwociny, większa duszność i liczba zaostrzeń), gorszym rokowaniu, możliwych implikacjach terapeutycznych i wyższej śmiertelności. Chociaż przyczyny zaostrzeń nie są jeszcze dobrze poznane, uważa się, że w około połowie przypadków PA jest jednym z najczęstszych patogenów izolowanych z tych zaostrzeń i wiąże się z większą śmiertelnością. PA z plwociny przewlekle zakażonych pacjentów z POChP jest zwykle mniej cytotoksyczny i ruchliwy oraz wytwarza więcej biofilmu niż PA z próbek krwi. Dlatego niektórzy autorzy sugerują, że POChP, BE i mukowiscydoza wykazują podobne wzorce infekcji i ewolucji. Zgodnie z tym rozumowaniem, nasza hipoteza jest taka, że ​​biofilmy PA mogą być jednym z patogennych mechanizmów związanych zarówno z utrzymywaniem się infekcji, jak i częstością i ciężkością zaostrzeń u pacjentów z BE (z POChP lub bez). Jednak potrzebne są dalsze badania z wykorzystaniem zaleceń obecnych wytycznych, aby potwierdzić tę hipotezę.

Niektórzy autorzy, którzy badali dysbiozę drobnoustrojów w zaostrzeniach POChP, zauważyli, że wraz z eozynofilowym zapaleniem wiąże się ona z cięższymi zaostrzeniami i większym spadkiem czynności płuc. Długoterminowe badania mikrobiomu w plwocinie pacjentów z BE sugerują, że leczenie przewlekłego zakażenia oskrzeli można poprawić za pomocą terapii specyficznej dla jego mikrobiomu, biorąc pod uwagę obciążenie patogenem, stabilność społeczności i ostrą postać choroby. i przewlekłych reakcji społeczności na antybiotyki. Jednak fluktuacje mikrobiomu i jego predykcyjna rola w zaostrzeniach rozstrzeni oskrzeli nie zostały jeszcze dogłębnie zbadane. Badanie zmian mikrobiomu przed i podczas zaostrzenia może ujawnić nowe cele terapeutyczne, które mogą mieć wpływ na postępowanie z pacjentami. Uzyskane wyniki mogą pomóc w ustaleniu konieczności zastosowania leczenia przeciwbakteryjnego u pacjentów z ujemnym posiewem mikrobiologicznym w okresie zaostrzenia choroby. Istnieją dowody na to, że zrównoważona flora jamy ustnej może odgrywać rolę ochronną przed kolonizacją śliny przez PA; jednak wzór mikrobiomu o działaniu ochronnym na górne drogi oddechowe przed PA u pacjentów z BE i jego związek z biofilmami PA nie został jeszcze opisany.

Jednocześnie ogólnoustrojowe biomarkery i cytokiny zapalne określają potencjalne znaczenie przewlekłej infekcji PA i produkcji biofilmów. Wykazano, że ogólnoustrojowe CRP jest skorelowane z wyższymi wynikami BE, takimi jak FACED i BSI. Nie ma jednak badań podłużnych oceniających intensywność i czas trwania ogólnoustrojowego zapalenia spowodowanego przewlekłą infekcją PA.

Rozprzestrzenianie się oporności na antybiotyki i coraz częstsze występowanie infekcji związanych z biofilmem napędza zapotrzebowanie na nowe sposoby leczenia tak trudnych do wyeliminowania infekcji bakteryjnych. Niedawno WHO opublikowała listę bakterii, dla których badania nad nowymi antybiotykami są pilnie potrzebne. Odkrywanie i opracowywanie leków to żmudne, długie i kosztowne przedsięwzięcie, które może zająć setki milionów euro i 10-15 lat od odkrycia na stole do łóżka. Przewlekłe infekcje PA związane z BE są zwykle leczone kombinacją do trzech środków przeciwdrobnoustrojowych. Pomimo okresowych kursów terapii wielolekowej skuteczność leczenia tych chorób jest poniżej poziomu optymalnego. Oczywiste jest zatem, że potrzebne są nowe opcje terapeutyczne, aby poprawić pozytywne wyniki u tych pacjentów. Nasze podejście koncentruje się na koncepcji synergii, tj. identyfikowaniu synergistycznych kombinacji antybiotyków, które razem są bardziej skuteczne niż stosowane osobno. Celem badaczy jest systematyczna ocena synergistycznych interakcji obecnie stosowanych antybiotyków i zbadanie możliwości wprowadzenia innych antybiotyków zatwierdzonych klinicznie. Ponieważ ich farmakologia i toksyczność zostały już dobrze udokumentowane, każda potencjalna synergistyczna kombinacja antybiotyków może przejść do badań klinicznych za ułamek standardowego kosztu opracowania iw znacznie krótszym czasie. Wraz z tym zasugerowano strategię dostarczania za pośrednictwem nanonośników jako obiecujące podejście w leczeniu infekcji lekoopornych. Nanotechnologia może stanowić innowacyjną platformę do sprostania wyzwaniu, jakim są przewlekłe infekcje PA związane z rozstrzeniami oskrzeli, z możliwością radzenia sobie z trudnymi do leczenia infekcjami z udziałem bakterii wielolekoopornych (MDR). W szczególności nanonośniki na bazie polisacharydu (PS) są idealnymi nośnikami do kapsułkowania środków przeciwdrobnoustrojowych, a alginian jest idealnym nośnikiem do podawania dopłucnego ze względu na swoje właściwości mukoadhezyjne.