Behandling af biofilminfektioner med bakteriofager

Behandlingen af Pseudomonas aeruginosa biofilm infektioner med fagterapi har vist lovende resultater i dyreforsøg og hos enkelte patienter. Formålet med denne undersøgelse var at karakterisere virkninger af fagbehandlinger på P. aeruginosa biofilmdannelse og struktur i in vitro i flow-cell biofilm.

Konfokal scanningsmikroskopi blev brugt til at følge interaktionen mellem en cocktail af tre lytiske fager og P. aeruginosa flow-celle biofilm. Følgende biofilmkarakteristika blev undersøgt:

1) biofilm alder
2) gentagne fagbehandlinger
3) alginatproduktion
4) kombinationen med sub-inhibitoriske-koncentrationer af ciprofloxacin.

En enkelt fagbehandling af ung biofilm har reduceret P. aeruginosa PAO1 biofilmens volume signifikant (85-98% reduktion). Gentagne fagbehandlinger har øget biofilmens volume fra 18,25 (ubehandlet biofilm) til 22,24 og 31,07 μm3 / μm2 for biofilm behandlet med fager to gange og tre gange. Alginaten beskyttede mod fagbehandling, da volumen af en mucoid biofilm forblev uændret under fagbehaling (20,11 μm3 / μm2 i ubehandlet og 21,74 μm3 / μm2 i fagbehandlet biofilm), men formindsket i non-alginatproducerende PAO1 biofilm fra 27,35 til 0,89 μm3 / μm2. Vi viser, at kombinationen af fag med ciprofloxacin i sub-inhibitoriske koncentrationer har reduceret antallet af bakterier i biofilm kraftigt (~ 6 log) antallet af bakterier.

Vi har vist, at en enkelt fagbehandling er mere effektivt på unge biofilm (24 timer) sammenlignet med gamle biofilm (72 timer), hvor den fremmer udviklingen af store mikrokolonier, som kan betragtes som en forsvarsstrategi mod fagangreb. Vi viser, at gentagne fagbehandlinger er mindre effektive end enkelt fagbehandling, og de stimulerer faktisk dannelse af biofilm i forhold til ubehandlede kontroller. En enkelt fagbehandling efterfulgt af behandling med ciprofloxacin var imidlertid i stand til effektivt at kontrollere biofilmen.

Disse resultater dokumenterer, at hyppigheden og timingen af fagtilsætninger og deres kombinationer med antibiotika har en stor indflydelse på udviklingen af biofilmens beskyttelse mod fager. Denne viden om fag-værtsinteraktioner og fagbeskyttelsesmekanismer i P. aeruginosa er vigtig for det fremtidige design af terapeutiske tiltag som anvender fager til behandling af P. aeruginosa biofilm infektioner.