Φαρμακοκινητική, φαρμακοδυναμική και ανοσοτροποποιητική μελέτη της δαπτομυκίνης σε βρέφη και παιδιά

Abstract

Staphylococcal infections are considered as a major etiologic factor for disease manifestation and possible death in children and adults, with subsequent increase in duration and cost of hospitalization. Within hospital units, the surface of biomedical devices offers suitable environmental conditions for the development and growth of resistant S. epidermidis and MRSA biofilms, resulting in persistant or even lethal infections. Optional treatment schemes for these infections include vancomycin that targets the bursting of the bacterial cell wall, daptomycin that disrupts the bacterial cell membrane and linezolid that inhibits bacterial protein synthesis.The first part of the present thesis is focused on the in vitro comparison of the efficacy of vancomycin, linezolid and daptomycin against S. epidermidis biofilms in neonatal and adult strains. In total, 23 S. epidermidis species have been examined (13 neonatal blood samples and 10 adult blood samples) in septic patients, and the phenotypic resistance profile of biofilms against the three antibiotics was outlined via the comparison of the median MIC values of planktonic cells and biofilms. The free particulate planktonic cells appeared to be significantly more sensitive to all three antibiotics for both age groups, whereas the corresponding profile against the E. epidermidis biofims was greatly variable. In neonatal strains, vancomycin and linezolid appeared to be equally and more effective than daptomycin against S. epidermidis biofilms. In adult strains, linezolid (median MIC value: 4 mg/L) proved to be more effective than vancomycin and daptomycin against biofilms, whereas no significant deviation between vancomycin and daptomycin efficacies has been observed. The antibiotic resistance of MRSA biofilms against daptomycin was examined via testing the efficacy of neutrophils against MRSA biofilms that were pre-incubated in post-inhibitory concentrations of daptomycin. Planktonic cells pre-incubated under the same conditions were used for the comparison with the corresponding MRSA biofilms. In the present study, the addition of neutrophils in 12 pre-incubated in daptomycin MRSA biofilms resulted in an increase in the percentage for the biofilm elimination when compared to control samples. The daptomycin MIC value for mature biofilms was 32 mg/L, whereas the corresponding value for planktonic cells was 4 mg/L. The immunomodulatory effect of daptomycin was examined on the basis of the secretion levels of 16 cytokines from monocytes that were incubated in 1 or 8 mg/L of daptomycin. According to the experimental results of the present study, the incubation of monocytes in daptomycin caused increased secretion of IL-8 and TNF-α when compared to monocytes stimulated by MRSA biofilms. The IFN-γ was increased following the incubation of monocytes in 8 mg/L of daptomycin, whereas similar secretion levels for IL-1β, IL-10, IL-12 and IL-23 were observed in all cases examined. At the second part of the present thesis the pharmacokinetics of daptomycin was studied in 4 paediatric patients in intensive care, aged 8-14 years old, who needed to receive therapeutically 10 mg/kg of daptomycin per day. The pharmacokinetic parameters defined for the 1st and the 5th day of administration included the clearance, the distribution volume, the AUC and the Cmax. The resulted values clearly indicated discriminated data when dealing with paediatric septic patients that are based on increased clearance and decreased AUC values. These findings are in accordance to the current data for adults with severe infections that were treated with daptomycin. In addition, in the present study a significant increase in the AUC values were observed for the fifth day of administration in comparison to the first day, a finding that is related to the corresponging decrease in clearance and that it is probably due to the alteration of patients' hemodynamics at the stage of recovery. Further clinical studies are required in order to clarify whether the administration of higher doses of daptomycin is a prerequisite for effective treatment of children with sepsis.

Οι σταφυλοκοκκικές λοιμώξεις αποτελούν σημαντικό αιτιολογικό παράγοντα νοσηρότητας και ενδεχόμενης θνητότητας σε παιδιά και ενήλικες, με συνακόλουθη αύξηση του χρόνου και του κόστους νοσηλείας. Στους χώρους των νοσοκομείων, οι επιφάνειες βιο-ιατρικών συσκευών προσφέρουν τις κατάλληλες περιβαλλοντικές συνθήκες για την ανάπτυξη ανθεκτικών βιοϋμενίων του S. epidermidis και του MRSA, με αποτέλεσμα την εμφάνιση επίμονων ή και θανατηφόρων λοιμώξεων. Ως θεραπείες επιλογής για την αντιμετώπιση των λοιμώξεων αυτών, θεωρούνται η βανκομυκίνη που στοχεύει στη διάρρηξη του βακτηριακού τοιχώματος, η δαπτομυκίνη που προκαλεί διατάραξη της βακτηριακής μεμβράνης και η λινεζολίδη που αναστέλλει την πρωτεϊνοσύνθεση. Στο πρώτο μέρος της, η παρούσα διατριβή συγκρίνει in vitro τη δραστικότητα της βανκομυκίνης με αυτή της λινεζολίδης και της δαπτομυκίνης έναντι βιοϋμενίων στελεχών S. epidermidis που απομονώθηκαν από νεογνά και ενήλικες. Μελετήθηκαν συνολικά 23 στελέχη S. epidermidis (13 από αίμα νεογνών και 10 από αίμα ενηλίκων) με επεισόδια σήψης, ενώ ο συμφυής φαινότυπος ανθεκτικότητας των βιοϋμενίων έναντι των αντιβιοτικών έγινε εμφανής με τη σύγκριση των διάμεσων τιμών MIC πλανκτονικών κυττάρων και βιοϋμενίων. Τα ελεύθερα αιωρούμενα πλανκτονικά κύτταρα ήταν σαφώς πιο ευαίσθητα σε όλα τα αντιβιοτικά και για τις δύο ηλικιακές ομάδες, ενώ το αντίστοιχο προφίλ ευαισθησίας έναντι των βιοϋμενίων του S. epidermidis παρουσίασε έντονη διακύμανση. Σε στελέχη νεογνών, η βανκομυκίνη και η λινεζολίδη παρουσίασαν ίση και ανώτερη σε σχέση με τη δαπτομυκίνη δραστικότητα έναντι βιοϋμενίων. Σε στελέχη ενηλίκων, η λινεζολίδη (διάμεση MIC: 4 mg/L) αποδείχθηκε περισσότερο αποτελεσματική από την βανκομυκίνη και τη δαπτομυκίνη έναντι των βιοϋμενίων του S epidermidis, ενώ τα δύο αυτά αντιβιοτικά παρουσίασαν παρόμοιες δραστικότητες μεταξύ τους. Η αντοχή των βιοϋμενίων του MRSA έναντι της δαπτομυκίνης διερευνήθηκε με βάση τη δραστικότητα ουδετεροφίλων σε προ-επωασμένα με υπο-ανασταλτικές συγκεντρώσεις δαπτομυκίνης βιοϋμένια MRSA, και τη συγκριτική τους ανάλυση με πλανκτονικά κύτταρα προ-επωασμένα σε ίδιες συνθήκες. Στην παρούσα μελέτη, η προσθήκη ουδετεροφίλων σε 12 προ-επωασμένα με δαπτομυκίνη βιοϋμένια MRSA οδήγησε σε σημαντική αύξηση του ποσοστού καταστροφής των βιοϋμενίων σε σχέση με μη-προεπωασμένα δείγματα ελέγχου, ενώ η MIC δαπτομυκίνης για ώριμα βιοϋμένια ήταν 32mg/L έναντι 4mg/L για τα πλανκτονικά κύτταρα. Η ανοσοτροποποιητική δράση της δαπτομυκίνης μελετήθηκε με βάση τα επίπεδα έκκρισης 16 κυτταροκινών από μονοκύτταρα που συν-επωάστηκαν με 1 ή 8 mg/L δαπτομυκίνης. Με βάση τα αποτελέσματα της παρούσας μελέτης, συν-επώαση μονοκυττάρων με 1 ή 8 mg/L δαπτομυκίνης προκάλεσε έκκριση αυξημένων επιπέδων IL-8 και TNFα, σε σχέση με μονοκύτταρα που διεγέρθηκαν με βιοϋμένια MRSA. Η IFN-γ αυξήθηκε μετά από έκθεση των μονοκυττάρων σε βιοϋμένια MRSA με 8 mg/L δαπτομυκίνης, ενώ παρόμοια επίπεδα IL-1β, IL-10, IL-12 και IL-23, εκκρίθηκαν από μονοκύτταρα σε όλες τις περιπτώσεις. Τα συμπεράσματα που προκύπτουν από τα ευρήματα αυτά είναι κατ' αρχάς ότι η δαπτομυκίνη προάγει ανοσοαπόκριση και φλεγμονώδη απόκριση καθώς επίσης ότι τα βιοϋμένια του MRSA αναστέλλουν τις ανοσοαποκρίσεις των μονοκυττάρων. Στο δεύτερο τμήμα της παρούσας διατριβής πραγματοποιήθηκε φαρμακοκινητική μελέτη της δαπτομυκίνης σε 4 παιδιατρικούς ασθενείς ηλικίας 8-14 ετών που νοσηλεύονταν σε ΜΕΘ και χρειάσθηκε να λάβουν θεραπευτικά δαπτομυκίνη σε δόση 10 mg/kg ημερησίως. Οι φαρμακοκινητικές παράμετροι που προσδιορίστηκαν για την 1η και 5η ημέρα χορήγησης ξεχωριστά περιλάμβαναν την κάθαρση, τον όγκο κατανομής, την AUC και τη Cmax. Με βάση τις προκύπτουσες τιμές της παρούσας μελέτης γίνεται φανερή μια διαφοροποίηση των δεδομένων όσον αφορά παιδιατρικούς ασθενείς με σήψη, η οποία χαρακτηρίζεται από υψηλές τιμές κάθαρσης και χαμηλές τιμές AUC. Τα αποτελέσματα αυτά βρίσκονται σε πλήρη συμφωνία με τα έως τώρα δεδομένα σε ενήλικες ασθενείς με βαριές λοιμώξεις που λάμβαναν δαπτομυκίνη. Επιπλέον, στην παρούσα μελέτη, παρατηρήθηκε μία εμφανής αύξηση των τιμών AUC για την πέμπτη ημέρα θεραπείας σε σχέση με τις τιμές AUC της πρώτης ημέρας, στοιχείο που σχετίζεται πλήρως με αντίστοιχη μείωση της κάθαρσης του φαρμάκου και που ενδεχομένως αντανακλά τις μεταβολές στην αιμοδυναμική κατάσταση των ασθενών κατά το στάδιο της ανάρρωσης. Επιπρόσθετες κλινικές μελέτες απαιτούνται ωστόσο ώστε να αποσαφηνιστεί εάν η χορήγηση υψηλότερων δόσεων δαπτομυκίνης αποτελεί προϋπόθεση για ικανοποιητική έκθεση στο φάρμακο σε παιδιά με σήψη.