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Neues aus der Forschung: Sauerstoff-Überdrucktherapie erhöht das Abtöten von aggregierten Pseudomonas aeruginosa-Isolaten von Patienten mit Mukoviszidose

Die europäische CF-Gesellschaft ECFS veröffentlicht monatlich die wichtigsten News aus der Fachzeitschrift "Journal of Cystic Fibrosis" (JCF). Die Artikel sind auf die wichtigsten Fragen fokussiert und werden in verständlicher (englischer) Sprache dargestellt. Wir stellen Ihnen hier eine Übersetzung der News zur Verfügung.

Hyperbaric oxygen treatment increases killing of aggregating Pseudomonas aeruginosa isolates from cystic fibrosis patients 

Autoren  

Møller, Signe Agnete (1,2), Jensen, Peter Østrup (1,2,3), Høiby, Niels (1,2), Ciofu, Oana (2), Kragh, KasperNørskov (1,2), Bjarnsholt, Thomas (1,2), Kolpen, Mette (1,2) 

(1) Department of Clinical Microbiology, Rigshospitalet, 2100 Copenhagen, Denmark
(2) Costerton Biofilm Center, Department of Immunology and Microbiology, Faculty of Health Sciences University of Copenhagen, 2200 Copenhagen, Denmark
(3) Institute for Inflammation Research, Center for Rheumatology and Spine Diseases Rigshospitalet, Copenhagen, Denmark 

Was war Ihre wissenschaftliche Fragestellung?

Wir stellten die Frage, ob eine Behandlung mit zusätzlichem Sauerstoff aggregierte (zusammengeklumpte) infektiöse Bakterien davon abhält, gegenüber Antibiotika resistent zu werden. Um den Schleim in der Lunge von Patienten mit Mukoviszidose (cystische Fibrose, CF) im Labor nachzuahmen, züchteten wir Pseudomonas aeruginosa (entnommen von Menschen mit CF) ohne Sauerstoff an, bevor wir Sauerstoff hinzugaben, um zu sehen, ob dies die P. aeruginosa wieder sensitiv gegenüber der Therapie mit dem Antibiotikum Tobramycin macht. 

Warum ist das wichtig?

Bei Menschen mit CF ist die chronische Lungeninfektion mit P. aeruginosa durch hartnäckige (persistente), im Schleim der Lunge wachsende Klumpen von Bakterien gekennzeichnet, die eine hohe Toleranz gegenüber Antibiotika und dem körpereigenen Abwehrsystem haben. Die Persistenz kann nicht durch die üblichen Resistenzmechanismen erklärt werden oder dadurch, dass Tobramycin nicht in die Bakterien eindringen kann oder durch Empfindlichkeitstests. Allerdings könnte sie teilweise dadurch erklärt werden, dass Bakterien, die aufgrund von eingeschränkt zur Verfügung stehendem Sauerstoff eine reduzierte Stoffwechselaktivität (chemische Reaktionen) haben, eine Toleranz gegenüber Antibiotika entwickeln. Persistenz, die aufgrund dieser Stoffwechselinaktivität verursacht wird, kann daher ein Teil des Problems der antimikrobiellen Resistenz sein, die CF-Patienten mit chronischen Lungeninfektionen bedroht.  

Wie sind Sie vorgegangen? 

Die Isolate, die wir verwendet haben, wurden CF-Patienten entnommen, bei denen P. aeruginosa in drei verschiedenen Stufen vorlag: wiederkehrende Kolonisation, frühe chronische Infektion und späte chronische Infektion. P. aeruginosa-Isolate von CF-Patienten, die eine wiederkehrende Kolonisation hatten, ähneln P. aeruginosa-Stämmen aus der Umwelt, die eine hohe Flexibilität ihres Stoffwechsels aufweisen. Wir ermöglichten den Bakterien-Isolaten, eine antimikrobielle Resistenz zu entwickeln, indem sie sich in vergleichbaren Umgebungsbedingungen wie dem Schleim der Lunge ohne Sauerstoff aggregierten (zusammenklumpen). Die toleranten bakteriellen Aggregate wurden dann mit der Kombination aus Sauerstoff-Überdruck und Tobramycin wieder für Antibiotika empfindlich gemacht (re-sensibilisiert).  

Was haben Sie herausgefunden?

Wir beobachteten, dass Tobramycin die verklumpten P. aeruginosa erfolgreicher abtötete, wenn zusätzlich mit Sauerstoff-Überdruck behandelt wurde (Sauerstoff in höherem Druck als die Zimmerluft). Eine weitere wichtige Erkenntnis war die Fähigkeit des Sauerstoff-Überdrucks, das klinisch relevante Abtöten der Bakterien bei geringeren Tobramycin-Konzentrationen zu schaffen. Das zeigt, dass P. aeruginosa-Klumpen im Schleim der Lunge von CF-Patienten auch mit weniger Tobramycin behandelt werden können. Das lässt sich dadurch erklären, dass die Sauerstoff-Überdrucktherapie die Bakterien dazu veranlasst, sich von langsamem zu schnellem Wachstum umzustellen, was mit einer höheren Empfindlichkeit gegenüber Antibiotika verbunden ist. 

Was bedeutet das, und warum muss man bei der Bewertung der Ergebnisse vorsichtig sein?

Diese Studie lieferte den Beweis, dass im Labor eine Behandlung von P. aeruginosa aus CF-Patienten in verschiedenen Entwicklungsstadien mit Tobramycin effektiver ist, wenn man sie mit Sauerstoff-Überdruck kombiniert. Allerdings muss man vorsichtig sein, wenn man Patienten mit Sauerstoff-Überdruck behandeln möchte, weil verschiedene Lungenstörungen für diese Therapie ungeeignet sind. 

Wie geht es weiter?

Wir brauchen mehr Studien dazu, wie die Sauerstoff-Überdrucktherapie als Zusatz bei anderen Kombinationen von Antibiotika-Therapien das Wachstum von infektiösen Bakterien in vergleichbaren Umgebungskonditionen wie der CF-Lunge beeinflusst. Außerdem müssen wir untersuchen, wie gut das verstärkte Abtöten von Bakterien bei zusätzlicher Re-Oxygenierung (Sauerstofftherapie nach Sauerstoffentzug) unter Normaldruck-Therapie (bei normalem atmosphärischem Druck) funktioniert. Das könnte den Weg ebnen, die zusätzliche Sauerstoff-Therapie unter Normaldruck zur Behandlung von CF-Lungeninfektionen ohne Risiko eines Barotraumas (Verletzung aufgrund erhöhtem Luftdruck) anzuwenden. 

Quellen

Übersetzung von Dr. Uta Düesberg, 19.07.2019