In vivo undersøgelse af Pseudomonas aeruginosa biofilm som et selvstændigt segment – implikationer for antibiotisk behandling

Baggrund
Hos cystisk fibrose (CF) patienter, som er kronisk inficeret med Pseudomonas aeruginosa (PA), vokser bakterierne i en biofilm, som består af slimet matrix (alginat), som beskytter bakterierne mod immunforsvaret og antibiotika. I tidligere forsøg (uden for den levende organisme, in vitro) har vi vist, at biofilm, blod og muskelvæv er et selvstændigt segment (kompartment) med særskilt farmakokinetik og -dynamik (PK/PD). Om dette forhold gør sig gældende i en levende organisme (in vivo) er ikke tidligere undersøgt. Formålet med studiet var at undersøge effekten (PK/PD) for antibiotikummet tobramycin i en biofilm model i mus (in vivo) inficeret med PA.

Metode
For at simulere en biofilm har vi installeret alginatkugler med PA i mus (n=24). Efter behandling med tobramycin blev dyrene evalueret mhp. måling af tobramycin koncentrationen i serum, muskelvæv og alginatkugler. Bakteriebyrden (kvantitativ bakteriologi) i alginatkuglerne blev bestemt samtidigt.

Resultater
Tobramycin koncentration toppede ved 94mg/L (0,5t) og en dalværdi på 0,3mg/L (7t) i serum, for muskelvæv 8,2mg/L (0,5t) og 0,3mg/L (7t) samt alginat 40mg/L (0,5t) og 6,7mg/L (7t). På trods af akkumuleret tobramycin i alginat og et bakteriedrab på 5-log i PA biofilm ved 1-5 timer, ophørte drabseffekten efter 7 timer. Der blev fortsat observeret overlevende PA, som giver mulighed for genvækst af bakterierne.

Konklusion
Studiet bekræfter, at in vivo biofilm kan betragtes som et selvstændigt farmakokinetisk segment med særligt PK/PD, der gør der sværere at behandle biofilm infektioner. Bakteriedrabet stoppede efter 5t, selvom tobramycin koncentrationen var 25-fold højere end minimum hæmmende koncentration (MIC) for PA. Studiet understøtter, at en optimering af antibiotikas PK/PD ved at angribe biofilm matrix kan forbedre behandling af biofilm infektioner i lungerne hos patienter med cystisk fibrose.