RESPUESTA DE PSEUDOMONAS AERUGINOSA HIPERMUTABLE A ANTIBIÓTICOS

Parkville, Australia: El tratamiento combinado de ceftazidima y tobramicina inhalada es efectivo para las exacerbaciones pulmonares agudas causadas por Pseudomonas aeruginosa hipermutable.

Antimicrobial Agents and Chemotherapy 66(3):1-16, 2022

Autores:
Bilal H, Tait JR, Landersdorfer CB

Institución/es participante/s en la investigación:
Monash Institute of Pharmaceutical Sciences

Título original:
Simulated Intravenous versus Inhaled Tobramycin with or without Intravenous Ceftazidime Evaluated against Hypermutable Pseudomonas aeruginosa via a Dynamic Biofilm Model and Mechanism-Based Modeling

Título en castellano:
Evaluación Comparativa Simulada de la Respuesta de Pseudomonas aeruginosa Hipermutable a Tobramicina Intravenosa y a Tobramicina Inhalada con o sin Ceftazidima Intravenosamediante un Modelado Basado en Mecanismos y un Modelo de Biopelícula Dinámica

Extensión del  Resumen-SIIC en castellano:
2.68 páginas impresas en papel A4

ReSIIC editado en:  Farmacología  Infectología  Bioquímica  Medicina Interna  Neumonología

Introducción y objetivos
  Las infecciones respiratorias causadas por Pseudomonas aeruginosa en pacientes con fibrosis quística (FQ) representan un desafío significativo, ya que las exacerbaciones agudas causadas por esta bacteria son responsables de una alta morbimortalidad. El uso extendido de antibióticos ha promovido cambios fenotípicos en P. aeruginosa, con incremento de las cepas multirresistentes. El fenotipo hipermutante de P. aeruginosa (PAH) se encuentra en hasta el 65% de P. aeruginosa aislada de pacientes con FQ. En las infecciones respiratorias se observa la transición de la fase bacteriana inicial (fase planctónica) a la formación de la biopelícula. La formación de la biopelícula modifica las condiciones ambientales para las bacterias, aumenta la diversidad fenotípica, restringe el acceso de los antibióticos y disminuye la actividad antimicrobiana. Las PAH desarrollan resistencia antibiótica con mayor velocidad que las cepas no hipermutables, por lo que representan un desafío clínico significativo.  La ceftazidima (CTZ) y la tobramicina (TOB) son antibióticos de primera línea para las exacerbaciones de las infecciones respiratorias por P. aeruginosa, aunque no se recomienda la monoterapia; la información disponible sobre la dosificación racional en caso de cepas resistentes es limitada. La concentración inhibitoria mínima (CIM) en la biopelícula para la mayoría de los antibióticos (incluidas la CTZ y la TOB) es usualmente más del doble que la CIM para las bacterias planctónicas.  La TOB inhalada (TOBI) es ampliamente utilizada en los pacientes con FQ, con el objetivo de erradicar P. aeruginosa y de controlar las infecciones crónicas, pero no se emplea de manera habitual en las exacerbaciones agudas. La administración por inhalación asegura altas concentraciones del antibiótico en el líquido pulmonar. No se conocen los efectos de la TOBI sobre la PAH, ya sea en las formas planctónicas como en las biopelículas.  En este estudio los autores utilizaron un modelo de cámara de biorreacción y de biopelícula dinámica para investigar los perfiles farmacocinéticos de la CTZ y de la TOB (intravenosa [i.v.] frente a inhalada), como monoterapia y como combinación frente a cepas de PAH.

Materiales y métodos
  Las cámaras de biorreacción fueron estandarizadas para simular la vida media de los antibióticos en el líquido pulmonar con las dosis diarias máximas recomendadas (CTZ 9 g/día i.v.; TOB 10 mg/kg/día i.v.; TOBI 300 mg c/12 h). Se emplearon 2 cepas de PAH, la CW30 y la CW8. Los recuentos bacterianos se realizaron de manera estandarizada al inicio del estudio y a las 24 h, 72 h y 120 h.

Resultados
  La simulación de monofarmacoterapia con TOB i.v. produjo la muerte inicial de ≥ 2 log₁₀ unidades formadoras de colonias (UFC)/ml de bacterias planctónicas a las 7 h de administrada, seguida de un retorno del crecimiento de las colonias a los valores iniciales en alrededor de 48 h. La amplificación de la resistencia se observó entre las 72 h y las 120 h.  La simulación con TOBI para la cepa CW30 produjo la eliminación inicial de 4.2 log₁₀ UFC/ml a las 7 horas de la administración; las colonias viables permanecieron suprimidas a 4.7 log₁₀ UFC/ml entre las 72 h y las 120 h (aproximadamente 4.0 log₁₀ UFC/ml por debajo de la TOB i.v.). Para la CW8, la TOBI alcanzó las 2.7 log₁₀ UFC/ml iniciales, seguida por un retorno del crecimiento a 5.9 log₁₀ UFC/ml a las 120 h, 2.5 log₁₀ UFC/ml por debajo del recuento para la TOB i.v.  La monoterapia con CTZ alcanzó ≥ 2.2 log₁₀ UFC/ml de eliminación inicial a las 7 h, para ambas cepas, seguida de retorno del crecimiento. La CIM fue de 64 mg/l para CW30 y de 128 mg/l para CW8. La combinación TOB i.v. + CTZ mostró eliminación bacteriana mejorada a las 72 h y sinergia entre las 96 h y las 120 h para CW30, mientras que para CW8 el mejoramiento de la eliminación se observó a las 5 h y la sinergia se registró a partir de las 48 h.  La combinación TOBI + CTZ produjo eliminación más intensa y más sostenida que la combinación TOB i.v. + CTZ. Para CW30 y CW8, los recuentos de colonias (en UFC/ml) a las 120 h fueron 0.47% y 36%, respectivamente, para la combinación TOBI + CTZ, en relación con la combinación TOB i.v. + CTZ.  Las monoterapias con TOB i.v. y CTZ fueron ineficaces contra las bacterias de la biopelícula y produjeron solamente la eliminación moderada de ambas cepas de PAH. La monoterapia con TOBI logró una eliminación máxima de 3.3 log₁₀ UFC/cm² para CW30 y de 0.9 log₁₀ UFC/cm² para CW8. Se observó amplificación de bacterias resistentes con las monofterapias i.v. La combinación TOBI + CTZ produjo eliminación más pronunciada de ambas cepas, con efecto sinérgico evidente después de las 24 h a 48 h.  Las combinaciones de antibióticos lograron mayor supresión de bacterias resistentes en el plancton y en la biopelícula, en comparación con los efectos de cada antibiótico por separado.

Discusión y conclusiones
  El presente estudio in vitro se realizó en una cámara de biorreacción, con un modelo de biopelícula dinámica, para evaluar la efectividad de los antibióticos para PAH. Se compararon los efectos de la CTZ y de la TOB (i.v. e inhalada) frente a cepas de PAH (CW30 y CW8), en distintos esquemas terapéuticos: monoterapia, TOBI + CTZ y TOB i.v. + CTZ. La administración de CTZ se hizo de tal modo de simular una infusión i.v. continua de 9 g/día, lo que mantiene CIM adecuadas para P. aeruginosa. La administración de TOB i.v. simuló una dosis de 10 mg/kg/día, mientras que la TOBI simuló una dosificación inhalada de 300 mg cada 12 h.  Las monoterapias con CTZ, con TOBI y con TOB i.v. fueron ineficaces para impedir el retorno del crecimiento bacteriano y la emergencia de cepas resistentes, tanto en las bacterias planctónicas como en las de la biopelícula. En este estudio, las monoterapias fueron, además, menos eficaces contra las bacterias de la biopelícula que contra las del plancton. Existen múltiples mecanismos que pueden contribuir a la resistencia de P. aeruginosa en las biopelículas; algunos de ellos son de naturaleza general, mientras que otros son específicos para una clase particular de antibióticos, como los aminoglucósidos y los betalactámicos. Los autores señalan que el fracaso en este estudio de la monoterapia con CTZ, con TOBI y con TOB i.v. es un fuerte argumento en contra del tratamiento con un solo agente antimicrobiano de las infecciones causadas por cepas de PAH formadoras de biopelículas. El mayor efecto antibacteriano se observó con la combinación de CTZ con TOBI. Un hallazgo adicional significativo fue la supresión de la aparición de cepas resistentes.  La potenciación y sinergia de los 2 antibióticos para la eliminación bacteriana puede ser resultado de las diferencias entre los mecanismos de acción de ambos agentes. La CTZ inhibe la síntesis de la pared celular bacteriana, mientras que la TOB bloquea la síntesis proteica y altera la membrana bacteriana, lo que puede producir el aumento de la concentración de CTZ en el espacio periplasmático.  Los mecanismo de resistencia de P. aeruginosa contra los aminoglucósidos incluyen la mayor expresión del complejo proteico MexXY-OprM, la modificación del sitio objetivo, el clivaje enzimático y la reducción de la permeabilidad de la membrana externa. Se desconoce el mecanismo por el cual los regímenes combinados logran mejor actividad contra las bacterias en la biopelícula, pero se especula que puede estar relacionado con la capacidad de la TOB para inhibir la adherencia bacteriana y la formación de microcolonias durante la circulación de células entre el plancton y la biopelícula.  La administración de antibióticos por vía inhalatoria ofrece varias ventajas potenciales, incluida la de lograr una relación de concentración pulmón-plasma sustancialmente mayor que la administración i.v. Para el caso de antibióticos con un margen terapéutico pequeño (como la TOB), significa reducir la toxicidad, especialmente renal. Los antibióticos inhalados han sido utilizados por décadas para tratar las infecciones pulmonares crónicas, incluidas las que ocurren en pacientes con FQ. Los estudios controlados no han podido, sin embargo, ser concluyentes, en gran parte por heterogeneidad en las metodologías de investigación. Se reconoce que en los pacientes con FQ existen nichos pulmonares donde P. aeruginosa se acantona, y a donde el antibiótico llega mejor por vía i.v. Los autores sugieren que la administración de TOB i.v. más TOBI en forma conjunta podría mejorar la efectividad del antibiótico, sin aumentar su toxicidad.  Los autores señalan que este es el primer estudio en analizar distintos regímenes de antibióticos, solos y combinados, contra cepas de PAH, en una cámara de biorreacción con un modelo de biopelícula dinámica; en esta investigación también se analizaron en bacterias planctónicas y en aquellas de la biopelícula. Mencionan también algunas limitaciones: (i) al ser un modelo in vitro no pueden replicarse todos los factores existentes en los pulmones de los pacientes con FQ; (ii) el modelo artificial carece de la respuesta inmunitaria presente en el tejido vivo; (iii) no se estudiaron los cambios genómicos en las cepas resistentes; (iv) no se exploraron los posibles cambios en la biopelícula con los diferentes esquemas de antibióticos.  En conclusión, el estudio indica que la monoterapia con CTZ o con TOB contra PAH no es eficaz para lograr la reducción sostenida de la población bacteriana planctónica o de biopelícula. La combinación de antibióticos, especialmente con TOBI, aumenta la actividad sinérgica antibacteriana.