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Jun 01, 2024

L'aggregazione di Pseudomonas aeruginosa e l'espressione di Psl nell'espettorato sono associati al fallimento dell'eradicazione degli antibiotici nei bambini con fibrosi cistica

Scientific Reports volume 12, numero articolo: 21444 (2022) Citare questo articolo Abbiamo precedentemente dimostrato che gli isolati di P. aeruginosa persistevano nei bambini affetti da fibrosi cistica (FC) nonostante l'inalazione

Rapporti scientifici volume 12, numero articolo: 21444 (2022) Citare questo articolo

Abbiamo precedentemente dimostrato che gli isolati di P. aeruginosa che persistevano nei bambini con fibrosi cistica (FC) nonostante il trattamento con tobramicina per via inalatoria avevano aumentato il legame degli anticorpi anti-Psl in vitro rispetto a quelli eradicati con successo. Abbiamo mirato a convalidare questi risultati visualizzando direttamente P. aeruginosa nell'espettorato CF. Si trattava di uno studio osservazionale prospettico su bambini affetti da FC con infezione da P. aeruginosa di nuova insorgenza sottoposti a trattamento di eradicazione con tobramicina per via inalatoria. Utilizzando la tecnica di chiarezza passiva di identificazione microbica (MiPACT), P. aeruginosa è stata visualizzata in campioni di espettorato ottenuti prima del trattamento e classificata come persistente o eradicata in base ai risultati. Gli isolati pretrattamento sono stati coltivati ​​anche come biofilm in vitro. Degli 11 pazienti arruolati, 4 hanno sviluppato un’infezione persistente e 7 hanno debellato l’infezione. Il biovolume di P. aeruginosa, il numero e la dimensione degli aggregati di P. aeruginosa erano maggiori nell'espettorato dei soggetti con infezioni persistenti rispetto a quelli eradicati (p < 0,01). Anche la quantità di legame dell'anticorpo Psl nell'espettorato era complessivamente maggiore (p < 0,05) nei campioni con un aumento del biovolume di P. aeruginosa. Quando visualizzata nell'espettorato, P. aeruginosa aveva un biovolume maggiore, con Psl più espresso, e formava aggregati più numerosi e più grandi nei bambini affetti da fibrosi cistica che avevano fallito la terapia di eradicazione rispetto a quelli che avevano eliminato con successo l'infezione.

Gli individui affetti da fibrosi cistica (FC) sono suscettibili all'infezione polmonare da Pseudomonas aeruginosa a causa di difetti nel regolatore della conduttanza transmembrana della fibrosi cistica (CFTR) che determinano una ridotta clearance mucociliare1. Senza trattamento antimicrobico, P. aeruginosa può stabilire un'infezione cronica nelle vie aeree che è associata a un declino più rapido della funzione polmonare e a morte prematura nei pazienti con CF2,3. Il trattamento antibiotico precoce di eradicazione (AET) della colonizzazione iniziale da P. aeruginosa è quindi la cura clinica standard dei bambini affetti da fibrosi cistica e l’aumento del tasso di successo dell’AET è fondamentale per migliorare i risultati a lungo termine4,5.

Ci sono poche spiegazioni sul perché l’AET possa fallire in un paziente con fibrosi cistica. In precedenza abbiamo dimostrato, utilizzando un modello di biofilm visualizzato mediante microscopia confocale, che gli isolati iniziali di P. aeruginosa da bambini che non avevano superato l'AET avevano significativamente aumentato il legame degli anticorpi anti-Psl rispetto agli isolati di coloro che avevano eliminato P. aeruginosa6. L’aumento del legame degli anticorpi anti-Psl è stato associato all’aggregazione batterica e alla tolleranza alla tobramicina. Psl è un esopolisaccaride (EPS) di P. aeruginosa che è stato ben descritto per il suo ruolo nell'adesione cellula-cellula e cellula-substrato e nella formazione di biofilm in vitro7,8,9,10,11,12. Sebbene i nostri risultati siano stati confermati in raccolte separate di isolati clinici precoci di P. aeruginosa da due distinti studi AET, questi risultati erano basati su studi in vitro di P. aeruginosa in un sistema con camera di vetrini.

Nonostante l’uso di isolati clinici e condizioni di crescita batterica che imitano le vie aeree della fibrosi cistica, i modelli di laboratorio che esaminano il comportamento dei patogeni della fibrosi cistica e gli effetti degli antibiotici potrebbero non riflettere accuratamente le condizioni nelle vie aeree dei pazienti13. Le decisioni sui tempi di incubazione, sui terreni di crescita e sulle concentrazioni di antimicrobici, ad esempio, possono alterare in modo significativo i risultati sperimentali ed è molto difficile catturare appieno le complessità dell’ambiente polmonare CF. Considerate queste sfide, forse non sorprende che vi sia una disconnessione tra i risultati dei test di sensibilità antimicrobica e gli esiti clinici nella CF14.

I recenti progressi nell’elaborazione e nell’imaging dei campioni del tratto respiratorio, tuttavia, hanno consentito la visualizzazione e l’interazione diretta delle specie microbiche nei campioni dei pazienti. La tecnica di chiarezza passiva di identificazione microbica (MiPACT), sviluppata da DePas et al., fissa e visualizza i batteri utilizzando la reazione a catena di ibridazione per rilevare l'rRNA nell'espettorato CF15. Queste metodologie ovviano alla necessità di fare inferenze nel tradurre i risultati in vitro in quelli in vivo. L'obiettivo di questo studio era di convalidare i nostri precedenti risultati sull'aumento del legame degli anticorpi anti-Psl e dell'aggregazione batterica negli isolati persistenti di P. aeruginosa visualizzando direttamente i biofilm di P. aeruginosa nell'espettorato in uno studio prospettico osservazionale su bambini con FC sottoposti ad AET. Abbiamo anche mirato a determinare se potessimo, effettivamente, replicare i risultati in situ da campioni clinici utilizzando il nostro modello di camera per vetrini con biofilm in vitro.