Pseudomonas Aeruginosa biofilmers roll vid exacerbationer hos patienter med bronkiektasis med och utan kronisk obstruktiv lungsjukdom

Detta projekt kommer att studera sambandet mellan kronisk PA-infektion i luftvägarna och bildandet av biofilmer i följande patientpopulationer: 1-bronkiektas som inte är associerad med cystisk fibros (BQ) och 2-bronkiektas med kronisk obstruktiv lungsjukdom (BQ-EPOC). Det primära målet är att fastställa sambandet mellan kronisk infektion av PA, förekomsten av biofilmer av PA och den värsta utvecklingen av sjukdomen mätt främst som antalet exacerbationer per år (primärt utfall) dagar fram till nästa exacerbation, livskvalitet och forcerad Expiratorisk volym (FEV1) och inflammatoriska biomarkörer (sekundära resultat). För detta kommer dessa parametrar att jämföras hos patienter med kronisk infektion av PA och med närvaron av biofilmer av PA i sputum (identifierad av FISH-CLSM) jämfört med de med PA utan kronisk infektion och utan biofilmer (kontrollnegativ) i varje studie befolkning (BE och BE-COPD). Utredarna kommer att analysera, till rekryteringen och sekventiellt (3 bestämningar), olika aspekter av biofilmerna som beskrivs i metodiken. Dessutom, genom att jämföra mikrobiomet före, under och efter varje exacerbation, kommer utredarna att försöka identifiera de mikrobiella mönster som innebär en högre risk för exacerbation, de som har en skyddande roll mot kronisk PA-infektion och dess samband med biofilmer.

Diagnosen av biofilmer är ännu inte rutinmässigt implementerad i klinisk praxis för infektioner med kronisk obstruktiv lungsjukdom (KOL) och NonCF bronkiektasi (BE). De första riktlinjerna för diagnos och behandling av biofilminfektioner publicerades 2015 och omfattade många biofilmrelaterade infektioner, men inte KOL eller BE. Det finns faktiskt väldigt få studier om närvaron av PA-biofilmer i dessa populationer och om deras potentiella roll i exacerbationer. Det finns dock goda vetenskapliga bevis för att PA-biofilmer är associerade med kroniska luftvägsinfektioner hos patienter med cystisk fibros (CF), och är den primära orsaken till deras ökade sjuklighet och dödlighet. Det har rapporterats att PA vid kronisk PA-lunginfektion vid CF anpassar sig till olika nischer i lungorna. Både mucoida (biofilmer) och icke-mucoida (planktoniska) bakterier finns i sputum. Celler med högre mutationshastighet utvecklar multiresistens mot många antibiotika och deras tillväxthastighet in situ är lägre, eftersom bakterier minskar sin metabolism beroende på hög polymorfonukleär syreförbrukning. Ännu har dock inget av detta beskrivits hos patienter med BE; i själva verket finns det väldigt få studier om närvaron av PA-biofilmer i dessa populationer, och deras roll i exacerbationerna har inte visats. Dessutom finns det få bevis för sambandet mellan mikrobiomet dysbios med kronisk kolonisering av PA och under exacerbationer.

Kronisk kolonisering av PA förekommer hos 12-27 % av patienterna med BE och BE-KOL, och medför en sämre prognos (en 3-faldig ökning av dödlighetsrisken) och upp till en 7-faldig ökning av risken för sjukhusinläggning, med i genomsnitt en extra exacerbation per patient och per år. Hos dessa patienter är utrotning av PA svårt, trots att en adekvat antimikrobiell behandling minskar bakteriebelastningen och antalet exacerbationer och förbättrar lungfunktionen och livskvaliteten. En av de största utmaningarna hos patienter med BE är utrotningen av PA, särskilt under de tidiga stadierna av kolonisering av denna patogen. I denna situation rekommenderas aggressiv antibiotikabehandling. Denna utrotning misslyckas dock i en anmärkningsvärd andel av fallen. Förutom ökningen av multiresistens i PA, även mot kinoloner, är dess förmåga att producera biofilmer och överleva i dem en av anledningarna till den misslyckade utrotningen. Även om närvaron av PA i sputum är en faktor för dålig prognos i BE, har biofilmer ännu inte identifierats och karakteriserats (d.v.s. deras närvaro, storlek, mängd alginat och metabolisk status) i sputum hos dessa populationer. Nyligen har förekomsten av biofilmer i bronkoalveolär lavage (BAL) prover beskrivits med konfokal laserskanningsmikroskopi (CLSM) hos pediatriska patienter med BE, även i de prover där odlingen var negativ. Detta fynd uppmärksammar bristen på studier om biofilm i BE och vikten av att förbättra diagnostiska verktyg för detektion i luftvägsprover, särskilt hos patienter med återkommande exacerbationer trots antibiotikabehandling.

Mellan 30 och 50 % av patienterna med måttlig eller svår KOL har BE. Dess prevalens ökar med svårighetsgraden av KOL, medan 5-10 % av patienterna med BE har KOL. Patienter med KOL och BE bildar en klinisk grupp med sina egna egenskaper (ökad sputumproduktion och purulens, större dyspné och antal exacerbationer), sämre prognos, möjliga terapeutiska implikationer och högre dödlighet. Även om orsakerna till exacerbationer ännu inte är välkända, tros bakterieinfektioner vara involverade i ungefär hälften av fallen PA är en av de vanligaste patogenerna som isoleras från dessa exacerbationer och är associerad med högre dödlighet. PA från sputum från kroniskt infekterade KOL-patienter tenderar att vara mindre cytotoxiska och rörliga och producerar mer biofilm än PA från blodprover. Därför föreslår vissa författare att KOL, BE och CF uppvisar liknande mönster av infektion och evolution. Efter detta resonemang är vår hypotes att PA-biofilmer kan vara en av de patogena mekanismerna förknippade med både ihållande infektioner och frekvensen och svårighetsgraden av exacerbationer hos patienter med BE (med eller utan KOL). Ytterligare forskning med hjälp av rekommendationerna i de nuvarande riktlinjerna behövs dock för att bekräfta denna hypotes.

Vissa författare som har studerat mikrobiell dysbios vid KOL-exacerbationer har sett att den, tillsammans med eosinofil inflammation, är associerad med allvarligare exacerbationer och ett större fall i lungfunktionen. Longitudinella studier av mikrobiomet i sputum hos patienter med BE tyder på att hanteringen av kronisk bronkial infektion kan förbättras med en terapi som är specifik för dess mikrobiom, med hänsyn tagen till patogenens börda, samhällets stabilitet och akuta och kroniska samhällssvar på antibiotika. Men fluktuationerna i mikrobiomet och dess prediktiva roll i exacerbationer av bronkiektasi har ännu inte studerats på djupet. Studien av variationer i mikrobiomet före och under exacerbationen kan avslöja nya terapeutiska mål som kan ha en inverkan på behandlingen av patienter. Resultaten kan hjälpa till att fastställa behovet av att administrera antimikrobiell behandling hos patienter med negativa mikrobiologiska kulturer under exacerbationen. Det finns bevis för att en balanserad oral flora skulle kunna ha en skyddande roll mot kolonisering av saliv av PA; dock har ett mikrobiommönster med skyddande effekt på de övre luftvägarna mot PA hos BE-patienter och dess samband med PA-biofilmer ännu inte beskrivits.

Samtidigt bestämmer systemiska biomarkörer och inflammatoriska cytokiner den potentiella betydelsen av kronisk PA-infektion och produktionen av biofilmer. Systemisk CRP har visat sig vara korrelerad med högre BE-poäng som FACED och BSI. Det finns dock inga longitudinella studier som utvärderar intensiteten och varaktigheten av systemisk inflammation orsakad av kronisk PA-infektion.

Spridningen av antibiotikaresistens och ökande prevalens av biofilmrelaterade infektioner driver efterfrågan på nya sätt att behandla så svåra att utrota bakterieinfektioner. Nyligen publicerade WHO en lista över bakterier för med forskning om nya antibiotika är brådskande. Läkemedelsupptäckt och utveckling är en tråkig, lång och kostsam strävan som kan ta hundratals miljoner euro och 10-15 år från bänkens upptäckt till sängkanten. Kroniska PA-infektioner associerade med BE behandlas vanligtvis med kombinationer av upp till tre antimikrobiella medel. Trots periodiska kurer av multidrug terapi, är effektiv bot för dessa sjukdomar under optimala nivåer. Det är då tydligt att nya terapeutiska alternativ behövs för att förbättra positiva resultat hos dessa patienter. Vårt tillvägagångssätt fokuserar på konceptet synergi, d.v.s. att identifiera synergistiska kombinationer av antibiotika, som tillsammans är mer effektiva än när de används ensamma. Utredarna syftar till att systematiskt utvärdera de synergistiska interaktionerna mellan för närvarande använda antibiotika och utforska introduktionen av andra kliniskt godkända antibiotika. Eftersom deras farmakologi och toxicitet redan är väl dokumenterad, kan alla potentiella synergistiska antibiotikakombinationer utvecklas till kliniska prövningar till en bråkdel av standardutvecklingskostnaden och på mycket kortare tid. Tillsammans med detta har den nanobärarmedierade leveransstrategin föreslagits som ett lovande tillvägagångssätt vid behandling av läkemedelsresistenta infektioner. Nanoteknik kan tillhandahålla en innovativ plattform för att ta itu med utmaningen med PA kroniska infektioner associerade med bronkiektasi, med potential att hantera svårbehandlade infektioner som involverar multiresistenta (MDR) bakterier. I synnerhet är polysackarid (PS)-baserade nanobärare idealiska vehiklar för inkapsling av antimikrobiella medel och alginat är en idealisk bärare för pulmonell administrering på grund av dess mukoadhesiva egenskaper.