Optimizing antifungal therapy against azole-resistant Aspergillus fumigatus isolates using an in vitro pharmacokinetic/pharmacodynamic simulation model
Authors: Σιώπη Μαρία 
Published: September 2021

Η ταχεία αύξηση στη συχνότητα εμφάνισης της αντοχής στις ιατρικές αζόλες προκαλεί ιδιαίτερη ανησυχία αναφορικά με τη θεραπεία πρώτης γραμμής με βορικοναζόλη σε ασθενείς υψηλού κινδύνου με υποψία διηθητικής ασπεργίλλωσης. Οι εναλλακτικές θεραπευτικές επιλογές είναι περιορισμένες. Μια θεραπευτική στρατηγική για αυτή τη δύσκολα ιάσιμη λοίμωξη που έχει συγκεντρώσει το ενδιαφέρον είναι ο συνδυασμός αντιμυκητιακών που ανήκουν σε διαφορετικές κατηγορίες φαρμάκων. Το χαρακτηριστικό γνώρισμα συγκέντρωσης φαρμάκου-επίδρασης θα μπορούσε να υποβληθεί σε φαρμακοκινητική/φαρμακοδυναμική (ΦΚ/ΦΔ) μοντελοποίηση, καθώς η συγκεκριμένη προσέγγιση μπορεί να παρέχει σημαντικές πληροφορίες σχετικά με την κλινική έκβαση. Ακριβή και επικυρωμένα in vitro ΦΚ/ΦΔ μοντέλα μπορούν να χρησιμεύσουν ως χρήσιμα εργαλεία για την ποσοτική εκτίμηση της αποτελεσματικότητας της συνδυαστικής θεραπείας, ενώ μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την εκτέλεση πιο εκτεταμένων πειραμάτων σε σύγκριση με ζωικά μοντέλα και κλινικές δοκιμές.Στο Κεφάλαιο 2, ένα πρόσφατα αναπτυχθέν δυναμικό in vitro ΦΚ/ΦΔ μοντέλο αξιολογήθηκε σύμφωνα με τα αποτελέσματα που ελήφθησαν από ένα πειραματικό μυϊκό μοντέλο ασπεργίλλωσης χρησιμοποιώντας τα ίδια στελέχη A. fumigatus και προσομοιώνοντας τη ΦΚ στον ορό των ποντικών. Στη συνέχεια, προσομοιώνοντας τη ΦΚ στον ανθρώπινο ορό και χρησιμοποιώντας στελέχη A. fumigatus με διακριτούς μηχανισμούς αντοχής στις αζόλες, προσδιορίστηκαν τα όρια ευαισθησίας στη βορικοναζόλη για διαφορετικές μεθοδολογίες που εφαρμόζονται στην καθημερινή εργαστηριακή πρακτική για τον έλεγχο ευαισθησίας στα αντιμυκητιακά. Επιπροσθέτως, προσδιορίστηκαν η περιοχή κάτω από την καμπύλη συγκέντρωσης-χρόνου (AUC) και τα ελάχιστα επίπεδα βορικοναζόλης στον ανθρώπινο ορό που απαιτούνται για τη βέλτιστη θεραπευτική αποτελεσματικότητα και την ελάχιστη δυνατή εμφάνιση τοξικότητας σε σχέση με τις ελάχιστες ανασταλτικές συγκεντρώσεις (MICs). Η in vitro fAUC0-24/MIC που αντιστοιχεί στο 50% της μέγιστης αντιμυκητιακής δράσης ήταν 28.61, παραπλήσια της αντίστοιχης 14.67 fAUC0-24/MIC που βρέθηκε στα πειραματόζωα. Εκ παραλλήλου, το ποσοστό επίτευξης στόχου βρέθηκε σύμφωνο με την ποσοστιαία αποτελεσματικότητα του φαρμάκου σε σχέση με τις CLSI MICs σε κλινικές μελέτες διηθητικής ασπεργίλλωσης, παρέχοντας μια επιπλέον σημαντική κλινική συσχέτιση του in vitro ΦΚ/ΦΔ μοντέλου. Τα όρια ευαισθησίας για την ανίχνευση ευαίσθητων/μετρίως ευαίσθητων/ανθεκτικών στη βορικοναζόλη στελεχών προσδιορίσθηκαν να είναι 0.25/0.5-1/2 mg/L και 0.5/1-2/4 mg/L για τη μέθοδο αραιώσεων σε ζωμό κατά CLSI και EUCAST, αντίστοιχα, και 0.25/0.375-1/1.5 mg/L για τη μέθοδο ταινιών διαβαθμισμένης συγκέντρωσης. Ως εκ τούτου, η παρακολούθηση επιπέδων βορικοναζόλης δύναται να χρησιμοποιηθεί με σκοπό τη βελτιστοποίηση της θεραπείας, ιδιαίτερα έναντι στελεχών με CLSI MIC 0.5-1 mg/L και EUCAST MIC 1-2 mg/L, στοχεύοντας σε ελάχιστες συγκεντρώσεις 1 και 2 mg/L, αντίστοιχα, ενώ η χορήγηση βορικοναζόλης θα πρέπει να αποφεύγεται έναντι στελεχών με CLSI και EUCAST MICs >2 και >4 mg/L, αντίστοιχα. Δεδομένης της επιβεβαίωσης των αποτελεσμάτων του in vitro μοντέλου με προηγούμενα in vivo δεδομένα, το προκλινικό αυτό εργαλείο μπορεί να αποδειχθεί τελεσφόρο για την πρόβλεψη του in vivo αποτελέσματος, ενώ τα προτεινόμενα όρια ευαισθησίας και οι προσδιοριζόμενες τιμές-στόχοι θα μπορούσαν να συμβάλουν στη βελτιστοποίηση της αποτελεσματικότητας της θεραπείας.Κατόπιν της βελτιστοποίησης και επικύρωσης του in vitro ΦΚ/ΦΔ μοντέλου, δεδομένης της αξιόπιστης προσομοίωσης της ΦΚ της βορικοναζόλης στον ανθρώπινο ορό και της συσχέτισης με in vivo δεδομένα ζωικών μοντέλων και κλινικών δοκιμών, το σύστημα προσαρμόστηκε για την ταυτόχρονη μελέτη δύο φαρμάκων με διαφορετικούς χρόνους ημίσειας ζωής επιτρέποντας έτσι τη διερεύνηση του συνδυασμού τους. Συγκεκριμένα, στο Κεφάλαιο 3.1, προσομοιώθηκαν τα προφίλ συγκέντρωσης-χρόνου της αμφοτερικίνης Β (κάθε 24 ώρες) και της βορικοναζόλη (κάθε 12 ώρες) στον ανθρώπινο ορό και μελετήθηκαν οι ΦΔ αλληλεπιδράσεις που λαμβάνουν χώρα κατά τη συγχορήγηση τους έναντι ευαίσθητων και ανθεκτικών στις αζόλες στελεχών A. fumigatus χρησιμοποιώντας το κριτήριο ανεξαρτησία κατά Bliss και την ανάλυση επιφάνειας-απόκρισης κανονικών μειγμάτων. Ακολούθως, προκειμένου να γεφυρωθούν τα in vitro ΦΚ/ΦΔ δεδομένα με στοιχεία της ΦΚ στον άνθρωπο, διεξήχθη ανάλυση προσομοίωσης Monte Carlo, οπότε και προσδιορίστηκαν τόσο τα ποσοστά επίτευξης στόχου όσο και τα επίπεδα των συγχορηγούμενων φαρμάκων που απαιτούνται προκειμένου να επιτευχθεί η κλινικά σημαντική in vitro ΦΚ/ΦΔ παράμετρος για διαφορετικές MICs. Παρατηρήθηκαν δοσο-εξαρτώμενες αλληλεπιδράσεις: συνέργεια βρέθηκε κατά την έκθεση σε χαμηλές συγκεντρώσεις αμφοτερικίνης Β-υψηλές συγκεντρώσεις βορικοναζόλης, ενώ ανταγωνισμός σε υψηλές συγκεντρώσεις αμφοτερικίνης Β-χαμηλές συγκεντρώσεις βορικοναζόλης για όλα τα εξεταζόμενα στελέχη. Ο ΦΔ στόχος επιτεύχθηκε για σχήματα συνδυασμού με αναλογίες συγκέντρωσης φαρμάκου στον ορό/MIC 1.1 tCmin/MIC για τη βορικοναζόλη και 0.5 tCmax/MIC για την αμφοτερικίνη Β, ενώ για τα εξίσου αποτελεσματικά σχήματα μονοθεραπείας απαιτούνταν αναλογίες 1.8 tCmin/MIC και 3.4 tCmax/MIC, αντίστοιχα. Επεκτείνοντας τα in vitro ευρήματα στον άνθρωπο, o συνδυασμός αμφοτερικίνης Β-βορικοναζόλης είχε ως αποτέλεσμα 17 έως 48% υψηλότερα ποσοστά επίτευξης στόχου συγκριτικά με τις αντίστοιχες μονοθεραπείες, ιδιαίτερα στην περίπτωση στελεχών με βορικοναζόλη/αμφοτερικίνη Β MICs 1-4 mg/L. Η παρακολούθηση επιπέδων φαρμάκων θα μπορούσε να εφαρμοσθεί στοχεύοντας στη βελτιστοποίηση της συνδυαστικής θεραπείας με χαμηλής δόσης (≤0,6 mg/kg) αμφοτερικίνη Β-συνδυαστικά δοσολογικά σχήματα έναντι αζολο-ανθεκτικών στελεχών με την εμφάνιση ελάχιστης δυνατής τοξικότητας. Στο Κεφάλαιο 3.2, διερευνήθηκαν οι ΦΔ αλληλεπιδράσεις του συνδυασμού βορικοναζόλης-ανιντουλαφουγκίνης έναντι A. fumigatus, συμπεριλαμβανομένων αζολο-ανθεκτικών στελεχών, προσομοιώνοντας τα προφίλ επιπέδων ανιντουλαφουγκίνης-χρόνου στον ανθρώπινο ορό για την καθιερωμένη και χαμηλότερες δοσολογίες της με τη βοήθεια του επικυρωμένου in vitro ΦΚ/ΦΔ μοντέλου. Οι ΦΔ αλληλεπιδράσεις αναλύθηκαν με το κριτήριο ανεξαρτησίας κατά Bliss και τη μη-γραμμική ανάλυση επιφάνειας-απόκρισης κανονικών μειγμάτων βασισμένη στην προσθετικότητα κατά Loewe . Τα ποσοστά επίτευξη στόχου εκτιμήθηκαν για διαφορετικές δόσεις ανιντουλαφουγκίνης και για νοσοκομειακά κέντρα με αυξανόμενα ποσοστά αντοχής στις αζόλες με προσομοίωση Monte Carlo. Εντοπίστηκαν δοσο- και MIC-εξαρτώμενων αλληλεπιδράσεις: συνέργεια παρατηρήθηκε σε χαμηλές συγκεντρώσεις ανιντουλαφουγκίνης (fCmax/MΕC<10) και βορικοναζόλης (fCmax/MIC<10), ενώ ανταγωνισμός βρέθηκε σε υψηλότερες. Η μεγαλύτερη αύξηση στην πιθανότητα επίτευξης στόχου εντοπίστηκε με τη δόση των 25mg ανιντουλαφουγκίνης και για κατανομές MIC βορικοναζόλης με υψηλά ποσοστά αντοχής (>10%), υποδεικνύοντας ότι η χαμηλή δόση ανιντουλαφουγκίνης δύναται να ενισχύσει την αποτελεσματικότητα και να μειώσει το κόστος της συνδυαστικής θεραπείας, ιδιαίτερα έναντι αζολο-ανθεκτικών στελεχών A. fumigatus και σε ασθενείς με υποθεραπευτικά επίπεδα στον ορό.Βάσει των προαναφερθέντων αποτελεσμάτων, η παρακολούθηση επιπέδων φαρμάκων διαδραματίζει κρίσιμο ρόλο στη βελτιστοποίηση της αντιμυκητιακής συνδυαστικής θεραπείας, ενώ για να έχει κλινική αξία και λόγο να πραγματοποιηθεί πρέπει να υπάρχουν ακριβείς, γρήγορες και αποδοτικές του κόστους μέθοδοι προσδιορισμού. Οι μικροβιολογικές δοκιμασίες υιοθετούνται συχνά και χρησιμοποιούνται συστηματικά δεδομένου ότι χαρακτηρίζονται από τεχνική απλότητα και χαμηλό κόστος αναλώσιμων και εξοπλισμού. Εντούτοις, δεν έχουν αναπτυχθεί έως τώρα μικροβιολογικές δοκιμασίες προσδιορισμού της βορικοναζόλης σε περιπτώσεις χορήγησης συνδυαστικής θεραπείας αντιμυκητιακών για δύσκολα θεραπεύσιμες λοιμώξεις. Ως εκ τούτου, στο Κεφάλαιο 3.3 τα επίπεδα βορικοναζόλης προσδιορίστηκαν με υγρή χρωματογραφία υψηλής απόδοσης (HPLC) και με μια νέα μικροβιολογική τεχνική διάχυσης σε άγαρ σε 103 δείγματα ορού προερχόμενα από ένα πρόγραμμα εξωτερικού ελέγχου ποιότητας (n=39), 21 ασθενείς υπό μονοθεραπεία βορικοναζόλης (n=39) και 7 ασθενείς που έλαβαν συνδυαστική θεραπεία βορικοναζόλης-εχινοκανδίνης (n=25). Τα αποτελέσματα της αναπτυχθείσας μικροβιολογικής μεθόδου συσχετίστηκαν σημαντικά με τα αντίστοιχα της HPLC (συντελεστής συσχέτισης Spearman >0.93, % διαφορά <12 ± 3.8%). Για πρώτη φορά στη διεθνή βιβλιογραφία αναπτύχθηκε μια μικροβιολογική μέθοδος βασιζόμενη στη διάχυση σε άγαρ για τον προσδιορισμό επιπέδων βορικοναζόλης σε δείγματα ορού ασθενών που λαμβάνουν συνδυαστική θεραπεία με εχινοκανδίνες, η οποία δίνει συγκρίσιμα αποτελέσματα με την HPLC.