Загрузил Oksana Gizinger

биопленки

реклама
Белорусский государственный
медицинский университет
Инфекции, ассоциированные с
биопленками
Доцент кафедры Н.В.Соловей
2017
Две принципиально различные
формы жизни бактерий и грибов
Планктонные =
свободные,
изолированные МО
Биопленки =
живущие вместе,
объединенные МО
Биопленка скопление микроорганизмов и их внеклеточных
продуктов, формирующих структурное
сообщество на поверхности ткани, инородных
телах или медицинских приспособлениях
Hoiby N. et al. CMI 2015; 21 (suppl. 1): S1-S25
Этапы формирования биопленок
Р.С.Козлов, НИИАХ
Биопленка – структурированное
сообщество микроорганизмов!
• Два состояния (фазы):
1. Сессильная (неподвижная) – метаболически
малоактивная, требующая минимума питательных
веществ для выживания, «спящая» (основание
биопленки)
2. Планктонная (свободно взвешенная) – метаболически
наиболее активная, нуждающаяся в питательных
веществах, «активная» (верхушка биопленки)
• Физиологический и биохимический градиенты
(питательные вещества, кислород, скорость роста,
экспрессия генов)
– Четко отличаются в направлении от верхушки биопленки
к ее основанию
Hoiby N. et al. CMI 2015; 21 (suppl. 1): S1-S25
Роль биопленок в природе
• Биопленки – самая распространенная форма жизни
микроорганизмов на земле (~ 99% всех МО)
• Биопленки обеспечивают:
– Защиту от неблагоприятных факторов внешней среды
(высушивание, антибиотики и дезинфектанты,
клеточные и гуморальные механизмы защиты
макроорганизма)
– Регуляцию численности популяции (высокая микробная
плотность может быть губительна для всей популяции)
– Межвидовой синергизм (биопленки часто
полиэтиологичны)
– Оптимальное использование питательных веществ при
их ограниченном количестве
Andrew McBain
Biofilm Research Group, School of Pharmacy and
Pharmaceutical Sciences, University of Manchester
Примеры биопленок в окружающей среде
Биопленки не следует
искать при любой
инфекции!
Спектр ассоциированных с
ними патологических
состояний у человека четко
предопределен!
Классические инфекции, ассоциированные с
биопленками
Hoiby N. et al. CMI 2015; 21 (suppl. 1): S1-S25
Пример биопленки на поверхности
эндотрахеального катетера
Yanagihara K. et al. J Antimicrob Chemother 2002; 49:867
Распространенность хронических инфекций,
ассоциированных с биопленками
• Из 60.000 пациентов с муковисцидозом в западных странах, ~
80% разовьют хроническую легочную инфекцию и инфекцию
параназальных синусов, ассоциированную с биопленками
• Более 60% пациентов с хронической раневой инфекцией имеют
биопленки
• У 0,5-2,0% пациентов с имплантированными суставами
инфекция, связанная с биопленками, разовьется в течение
первых 2 лет после операции
• 5 на 1000 катетер-дней у пациентов с ЦВК в ОРИТ развивают
биопленко-ассоциированные инфекции
• 9-27% интубированных пациентов имеют биопленки на
поверхности эндотрахеальных трубок
• На каждом втором мочевом катетере формируются биопленки в
первые 10-14 дней их стояния
Hoiby N. et al. CMI 2015; 21 (suppl. 1): S1-S25
Проблема инфекций, ассоциированных с
биопленками
• Биопленки вызывают ХРОНИЧЕСКИЕ инфекции = инфекция
сохраняется, несмотря на вроде бы адекватную
антибактериальную терапию и работающие механизмы
иммунной защиты макроорганизма
• Хроническая инфекция не только сохраняется в организме, но и
прогрессирует, что связано, прежде всего, с продолжающимся
воспалительным ответом и, иногда, с нарушением функции
вовлеченной системы
• Воздействие обычных АБ элиминирует «планктонную» часть
биопленки, практически не воздействуя на «сессильную» ⇒
рецидив инфекции после отмены АБ на фоне первоначального
улучшения
• При формировании биопленок на имплантах в большинстве
случаев придется удалять имплант
• Трудно диагностировать
Hoiby N. et al. CMI 2015; 21 (suppl. 1): S1-S25
Исследование в 1956 году
Инъекция 7.500.000 КОЕ S.aureus в кожу
здоровых добровольцев = только 50% развили
инфекцию, у всех инфекция разрешилась
Менее 100 КОЕ S.aureus на импланте,
используемом у человека, = 100% развили
инфекцию, ни у одного инфекция не
разрешилась
Импланты или погибшие ткани увеличивают
вирулентность более, чем в 75.000 раз
Elek S. et al. Ann N Y Acad Sci 1956; 65:85
Чувствительность к АБ в разных фазах
биопленки отличается
Возбудитель
Антибактериальный препарат
Ципрофлоксацин
Тобрамицин
Ванкомицин
Линезолид
Enterococcus
spp.
-
-
МКИБ =
МПК Х 1000
МКИБ =
МПК Х 1000
Pseudomonas
aeruginosa
КЭБ = МПК Х 10
КЭБ = МПК Х 10
-
-
МКИБ – минимальная концентрация, ингибирующая
микроорганизмы биопленки
КЭБ – концентрация, элиминирующая биопленки
Sandoe J. et al. JAC 2006; 57:767
Preston C. et al. Int J Antimicrob Agents 1996; 7:251
Чувствительность бактерий к АБ в биопленках
Концентрация АБ, необходимая
для гибели МО в биопленках
Концентрация АБ, необходимая
для гибели планктонных МО
МКИБ (MBIC) – минимальная концентрация, ингибирующая микроорганизмы биопленки
КЭБ (MBEC) – концентрация, элиминирующая биопленки
Bjarnsholt T. et al. Nature Reviews 2013; 12:791
При использовании классических методов
микробиологии мы определяем
чувствительность к антибиотикам у
«планктонных» микроорганизмов, даже
при выделении их из состава биопленки!!!
Соответственно, реальные значения МПК и
чувствительность микроорганизмов
«сессильной» фазы биопленки могут быть
заниженными в разы! ⇒ клиническая
неэффективность терапии, рецидивы
инфекции
Микробиологическая диагностика биопленок
• Цель: установить наличие признаков воспаления в образце
(например, лейкоцитов) и совокупности микроорганизмов,
упакованных в самопродуцируемый матрикс, отличный от
окружающих тканей или секрета
• Основной метод – микроскопия с окраской по Граму
(визуализация бактерий, лейкоцитов, матрикса биопленки,
окружающих тканей и их секретов), альтернатива –
конфокальная лазерная сканирующая микроскопия,
сканирующая электронная микроскопия (малодоступны в
практических лабораториях)
• Специфическая идентификация патогенов в биопленках –
видоспецифическая гибридизация с флуоресценцией in situ
(FISH)
• Традиционные культуральные методы и ПЦР-методики не
позволяют отличить планктонные и ассоциированные с
биопленками микроорганизмы
Hoiby N. et al. CMI 2015; 21 (suppl. 1): S1-S25
Биопленки, образованные P.aeruginosa, в дыхательных
путях пациентов с муковисцидозом: окраска по Граму
Hoiby N. et al. CMI 2015; 21 (suppl. 1): S1-S25
Электронно-эмиссионная
микроскопия: полимикробная
биопленка на катетере Фолея у
пациента с катетерассоциированной инфекцией
мочевыводящих путей
(A.baumannii + E.faecalis + E.coli)
Конфокальная лазерная
микроскопия: биопленка,
образованная Candida
albicans
Hoiby N. et al. CMI 2015; 21 (suppl. 1): S1-S25
У кого следует предполагать биопленки?
• Факторы, предрасполагающие к биопленкам
(муковисцидоз, хронические инфекции
респираторного тракта, инвазивные устройства и
т.д.)
• Неэффективность АБТ и рецидив инфекции при
первоначальном клиническом улучшении
состояния и многократном выделении одного и
того же возбудителя идентичной локализации
• Персистирующая инфекция более 7 дней
антибактериальной терапии при условии
исключения других причин (например,
неэффективной АБТ из-за резистентности
возбудителя)
Hoiby N. et al. CMI 2015; 21 (suppl. 1): S1-S25
Профилактика образования биопленок при
отсутствии предшествующей колонизации (1)
• Системная антибиотикопрофилактика:
– только для периоперационной профилактики
инфекции имплантированных устройств в
ортопедии
– не показана:
•
•
•
•
•
•
в случае постановки мочевых катетеров и стентов,
в случае постановки ЦВК
при использовании тканевых имплантов
при лечении хронических ран
при интубации
при муковисцидозе без колонизации респираторного
тракта P.aeruginosa
Hoiby N. et al. CMI 2015; 21 (suppl. 1): S1-S25
Профилактика образования биопленок при
отсутствии предшествующей колонизации(2)
• Топическая антибиотикопрофилактика (имеющая
доказательную базу):
– ортопедические импланты, импрегнированные
антибиотиками (гентамицин, реже тобрамицин, ванкомицин)
– импрегнированные нитрофуралом мочевые катетеры (при их
кратковременном стоянии)
– импрегнированные серебром эндотрахеальные трубки, Mucus
Shaver (предотвращает контаминацию просвета ЭТТ слизью,
позволяет механически удалять биопленку)
– импрегнированные серебром, хлорогексидином,
антибиотиками или их сочетаниями ЦВК, введение АБ в
просвет ЦВК – методика антибактериального «замка» (при
их кратковременном стоянии)
Hoiby N. et al. CMI 2015; 21 (suppl. 1): S1-S25
Профилактика образования биопленок при
наличии колонизации микроорганизмами
• Эффективность доказана только у пациентов с
муковисцидозом при непостоянной колонизации
респираторного тракта P.aeruginosa (системная ±
ингаляционная АБТ)
• Пациенты с колонизированными ЦВК, вентиляторассоциированной пневмонией, мочевыми катетерами и
стентами, имплантами молочных желез, хроническими
раневыми инфекциями – доказательных данных о
пользе от применения антибиотиков и других методов
для профилактики развития биопленок нет
Hoiby N. et al. CMI 2015; 21 (suppl. 1): S1-S25
Показания для АБТ при инфекциях,
ассоциированных с биопленками (1)
• Хроническая легочная инфекция, вызванная
P.aeruginosa, у пациентов с муковисцидозом (цель:
стабилизация дыхательной функции, % пациентов с успешной
эрадикацией P.aeruginosa крайне мал)
– ингаляционные АБ (колистин, тобрамицин, ципрофлоксацин)
+ системные АБ каждые 3 мес или при обострениях
– длительно (вплоть до пожизненного применения, если нет
успешной эрадикации патогена)
• Инфекции искусственных суставов без их удаления
(условия: длительность симптомов менее 3 недель или время от
момента имплантации менее 4 недель, стабильность импланта,
микроорганизмы чувствительны к АБ, проникающих в
биопленки – рифампицин, ФХ)
– хирургическая ревизия, сохранение импланта и длительная
комбинированная АБТ (рифампицин для Гр+, ФХ для Гр- +
какой-либо другой активный АБ)
Hoiby N. et al. CMI 2015; 21 (suppl. 1): S1-S25
Показания для АБТ при инфекциях,
ассоциированных с биопленками (2)
• Катетер-ассоциированные инфекции кровотока,
вызванные КНС, энтеробактериями, возможно,
P.aeruginosa:
– Только при неосложненных КАИК, вызванных КНС,
энтеробактериями, возможно, P.aeruginosa – может
быть сохранен ЦВК и начато введение АБ в просвет катетера
(метод антибактериального «замка»):
• Концентрация АБ должна в 100-1000 раз превышать МПК для МО,
время контакта с поверхностью катетера 12-24 ч; добавление
гепарина не увеличивает эффективность
• Длительность терапии по методу антибактериального «замка» 7-14
дней
• Показан в том числе при решении начать системную АБТ
– При КАИК, вызванные S.aureus и C.albicans –
удаление ЦВК и системная этиотропная терапия
обязательны!
Hoiby N. et al. CMI 2015; 21 (suppl. 1): S1-S25
Показания для АБТ при инфекциях,
ассоциированных с биопленками (3)
• Хронические раневые инфекции:
– Обязателен комплексный подход: хирургическая обработка,
вакуумная терапия, терапия отрицательным давлением с
ирригациями, местные антибиотики и антисептики +
комбинированная системная АБТ
– Показания для системной АБТ, средства выбора, методы оценки
эффективности терапии неясны
– Хирургическая обработка раны перед топической и/или системной
АБТ может увеличивать ее эффективность, предотвращая
повторное образование биопленок
• Мочевые катетеры и стенты:
– Назначение АБ, экскретируемых почками, при ОБЯЗАТЕЛЬНОМ
удалении катетера или стента в течение 7-14 дней
– Если стент удалить невозможно - длительная АБТ может
уменьшить клинические проявления инфекции и снизить
бактериурию, но не способна эрадицировать биопленки
Hoiby N. et al. CMI 2015; 21 (suppl. 1): S1-S25
Общие принципы терапии биопленкоассоциированных инфекций
• На ранней стадии формирования биопленки - агрессивная
антибактериальная терапия:
ü Комбинированная терапия (с различными механизмами
действия)
ü Высокие дозы антибиотиков (увеличенные значения МПК)
ü В первые дни не использовать антибиотики, к которым легко
формируется резистентность (повышенная мутабельность
микроорганизмов)
ü Пролонгированная антибактериальная терапия
• На поздней стадии биопленки крайне трудно (если возможно)
эрадицировать:
ü Уменьшение биомассы биопленки с помощью подходов как
на ранних стадиях (уменьшает воспаление и развитие
резистентности микроорганизмов биопленки)
ü Постоянная супрессивная антибактериальная терапия
Направления разработки средств для терапии
биопленко-ассоциированных инфекций
• Новые системные АБ, высоко активные в отношении
биопленок, в том числе в комбинации со средствами,
вызывающими деградацию компонентов биопленок
• Средства, нарушающие формирование и
функционирования биопленок (ингибиторы системы
кворум-сенсинга, компоненты, подавляющие
воспаление вокруг биопленок и вызывающие
деградацию матрикса биопленок)
• Новые режимы топической антимикробной терапии
• Комбинация АБ с воздействием физических факторов
(ультразвук, электрический ток, УФО)
• Устройства для механического удаления биопленок
• Вакцины и т.д.
Hoiby N. et al. CMI 2015; 21 (suppl. 1): S1-S25
Новые подходы к
терапии биопленкоассоциированных
инфекций (БАИ)
Четыре новых подхода к терапии БАИ
• IgY
• Гипотеза трех
компартментов
• Гипербарическая
оксигенация
• LeucoPatch
IgY для профилактики и
упреждающей терапии БАИ
•
•
•
•
•
Длиннее тяжелая цепь и короче легкие цепи
Менее гибкие
Не связываются с FC рецептором
Не активируют комплемент
Специфические IgY могут быть получены из
яичного желтка от вакцинированных цыплят
• При муковисцидозе изучаются IgY,
полученные от цыплят, вакцинированных
жгутиковыми антигенами от шести
различных по О-антигенам штаммов
P.aeruginosa (ImmunSystem I.M.S.)
Куриные IgY
IgG млекопитающих
IgY при муковисцидозе
В настоящее время идут исследования III фазы
• Пролонгируется период между колонизациями
респираторного тракта P.aeruginosa (Kollberg H. et al. Ped
Pulm 2003)
• Уменьшается колонизация синегнойной палочкой
пациентов с муковисцидозом (Nilsson E. et al. Ped Pulm 2008)
• Уточнено, что наиболее вероятным первичным
очагом синегнойной инфекции при муковисцидозе
являются синусы (Aanes K. JCF 2013)
• Предполагаемый механизм действия: нарушение
адгезии P.aeruginosa к эпителию дыхательных путей
(точный механизм не установлен)
IgY усиливают респираторный
взрыв, опосредованный
полиморфноядерными
нейтрофилами, и
последующий бактериальный
киллинг
Пероральная профилактика
антисинегнойными IgY может
быть эффективной стратегией
для предотвращения
колонизации P.aeruginosa
Гипотеза трех компартментов
• Биопленки с внеклеточным матриксом могут быть
рассмотрены как независимый компартмент с
отличной фармакокинетикой
Кровь с АБ (conc1)
Ткань / очаг инфекции с АБ (conc2 –
меньше, накапливается дольше)
Плактонные бактерии быстро
уничтожаются
• Роль третьего
компартмента в
нарушенной ФД АБ?
Кровь с АБ (conc1)
Ткань / очаг инфекции с АБ (conc2 –
меньше, накапливается дольше)
БАИ с концентрацией АБ
conc3 (еще меньше и
накапливается еще
дольше)
Аккумуляция тобрамицина в матриксе биопленок
Тобрамицин в
эксперименте быстро
накапливался в высокой
концентрации в
альгинатном матриксе
биопленок
(терапевтическая
концентрация указана
стрелкой)
Связь тобрамицина в множественных участках
внеклеточного полисахаридного матрикса может
способствовать задержке диффузии антибиотика в
бактериальные клетки биопленки, существенно
ограничивая его эффективность
Cao B. J Antimicrob Chemother 2015
Cao B. et al. PLoS One 2016; DOI:10.1371/journal.pone.0153616
Oligo CF-5/20
Oligo CF-5/20 обладал
значительным дозозависимым
эффектом на синегнойную БАИ,
существенно уменьшая число КОЕ
в модели на мышах in vivo
• Альгинатный олигомер,
состоящий из α-Lглюкуроновой кислоты
(85%) и β-Dмануроновой кислоты
(<15%)
• Способен разрушать
структуру биопленок,
способствуя снижению
толерантности к
антибиотикам
• Фаза IIb клинических
исследований у
пациентов с
муковисцидозом
Hengzhuang W. et al. AAC 2016
Oligo CF-5/20
MBEC (минимальная концентрация, эрадицирующая
биопленки) при комбинировании Oligo CF-5/20 с колистином
для БАИ, вызванной P.aeruginosa (модель in vitro), существенно
снижалась с 512 мкг/мл до 4 мкг/мл уже через 12 ч
Hengzhuang W. et al. AAC 2016
Гипербарическая оксигенация
(адъювантная к антибактериальной терапия)
Анаэробные /
гипоксические зоны
биопленки
Zhang T. et al. PLoS ONE 2013
Гибель бактериальных клеток
под действием бактерицидных
АБ частично обусловлено
генерацией цитотоксических
радикалов кислорода
Kohanski M. et al . Cell 2007; 130:797
Гипербарическая оксигенация может увеличивать
бактерицидный эффект фторхинолонов на
P.aeruginosa биопленки
LeucoPatch для терапии хронических ран
(клеточно-опосредованная терапия)
Устройство LeucoPatch –клеточный
минипроцессор, который способен
разделять и концентрировать клетки крови,
факторы роста и сигнальные вещества
Центрифуга LeucoPatch – работает вместе с
устройством LeucoPatch для создания
пластыря
Трехслойный пластырь, создаваемый
индивидуально для каждого пациента из
компонентов его крови:
-
Фибриновый слой (удержание жидкости, опора для
других слоев)
Слой тромбоцитов (высвобождают факторы роста)
Слой лейкоцитов (заживление ран, борьба с
инфекцией)
Принципы создания пластыря LeucoPatch
Londahl M. et al. Journal of Wound Care 2015; 24:172
•
•
•
•
Проспективное пилотное
исследование, 6 недель
15 пациентов с хроническими
ранами различной этиологии, не
отвечающими на другую терапию
Медиана длительности ран 24
месяца, медиана размера 2,3 см2
Полное заживление у 31%, у
остальных уменьшение размеров ран
• 39 пациентов с трудно заживающими язвами
вследствие диабетической стопы
• Длительность язв более 6 недель, максимальная
площадь 10 см2
• Использование пластыря 1 раз в неделю до 19 раз
максимально (или до полной эпителизации язвы)
• Полная эпителизация у 34% к 12 неделе терапии и у
52% к 20 неделе терапии LeucoPatch
• У пациентов с длительностью язв менее 6 месяцев
73% язв полностью зажили в течение 20 недель
Инфекции, ассоциированные с
биопленками
ü Не нужно искать их везде – строго определенные
нозологии и предрасполагающие факторы
ü Часто трудно диагностировать и еще труднее лечить
ü Терапия часто зависит от комбинации нескольких
стратегий
ü Часто используются методы терапии off label
ü Молодые (незрелые) биопленки иногда можно
эрадицировать, поздние биопленки – можно только
супрессировать, если невозможно их удалить
радикально
ü Доступны клинические рекомендации по диагностике,
лечению и профилактике биопленок
Скачать