Cercetătorii de la Universitatea Edinburgh au creat o metodă de imagistică moleculară optică ce poate detecta rapid și cu precizie bacteriile Gram-negative greu identificabile în plămânii umani.
Inovația poate aduce beneficii mari pacienților ventilați artificial din secțiile de terapie intensivă, dar și celorlalți pacienți spitalizați, prin accelerarea diagnosticului pneumoniilor bacteriene și implicit a deciziei de a începe antibioterapia. Întreaga cercetare este publicată în revista științifică Science Translational Medicine.
Fără toxicitate și reacții adverse
Pacienții ventilați artificial sunt foarte susceptibili la dezvoltarea pneumoniei cu bacterii Gram-negative, asociate ventilației mecanice. Metodele de diagnosticare a acestui tip de pneumonie existente până în prezent erau fie prea riscante pentru pacienții tarați, fie prea lente pentru o infecție ce necesită tratament urgent. Biopsiile de țesut pulmonar pot decompensa respirator pacienții aflați pe suport ventilator, iar tehnicile de secvențiere genetică sunt prea lente, supra-sensibile, costisitoare și greu aplicabile în secțiile de terapie intensivă.
Ahsan R. Akram și colegii săi au creat un compus fluorescent specific pentru bacteriile Gram-negative, prin alăturarea unei molecule fluorescente (7 nitrobenz-2-oxa-1,3-diazol – NBD) la polimixină (PMX), moleculă antibacteriană ce se atașează de peretele extern al bacteriilor Gram-negative (fig. 1).
Au folosit apoi compusul în endomicroscopie (metodă endoscopică de obținere a imaginilor histologice în timp real) pentru evidențierea germenilor Gram-negativi, arătând și că produsul este lipsit de toxicitate și reacții adverse majore la primele utilizări (video 1).
Video 1. Cercetătorii au folosit endomicroscopia optică pentru a vizualiza stafilococul auriu, o bacterie Gram-negativă, care exprimă o moleculă verde fluorescentă (aici în plămân de oaie). Sursa: Akram et al., Sci Transl Med
Tratamentul pneumoniei cu bacterii Gram-negative este de cele mai multe ori empiric
Standardul de aur pentru diagnosticul pneumoniei cu bacterii Gram-negative (ce afectează persoanele imunocompromie și pacienții spitalizați pe termen lung) rămâne biopsia pulmonară, urmată de realizarea culturilor bacteriene. Această metodă este însă foarte riscantă la pacienții ventilați mecanic, de aceea diagnosticul de certitudine al pneumoniei cu bacterii Gram-negative rămâne de cele mai multe ori la stadiul de deziderat. În același timp, suspiciunea pneumoniei dobândite în spital se ridică foarte des la pacienții din secțiile de terapie intensivă, care pot fi astfel supratratați cu antibiotice cu spectru larg.
Lavajul bronho-alveolar (LBA) este metoda folosită de rutină pentru ghidarea antibioticoterapiei și stabilirea diagnosticului la pacienții critici suspecți de pneumonie, dar probele de LBA pot fi ușor contaminate cu floră traheală, scăzând specificitatea diagnosticului bacteriologic.
Pe lângă LBA, se mai utilizează și bacteriologia secrețiilor traheale sau a sputei, dar toate acestea necesită cel puțin 72 de ore până la obținerea unui rezultat, timp prețios în cazul unor infecții severe ce necesită tratament de urgență. Astfel, tratamentul pneumoniei nosocomiale și cu bacterii Gram-negative este de cele mai multe ori empiric, uneori crescând morbiditatea prin toxicitatea antibioticelor folosite, promovând multirezistența bacteriilor și crescând riscul infecțiilor asociate antibioterapiei.
Cum devin bacteriile fluorescente
În aceste condiții, metoda de diagnostic in situ descoperită la Universitatea Edinburgh aduce mari beneficii pacienților cu infecții pulmonare cu bacterii Gram-negative care necesită tratament urgent.
Metoda de imagistică moleculară optică combină tehnica de identificare fluorescentă a bacteriilor cu endomicroscopia optică a țesutului pulmonar distal. Noutatea constă în substratul prin care moleculele fluorescente sunt atașate particulelor bacteriene, acesta fiind reprezentat de polimixine – agenți selectivi de legare la peptidul A din membrana externă a peretelui bacteriilor Gram-negative. Polimixinele (PMX) au fost conjugate la un fluorofor (compus chimic fluorescent) – NBD, pe care l-au livrat astfel la suprafața bacteriilor Gram-negative, făcându-le fluorescente (fig. 2).
După validarea in vivo și ex vivo pe plămân de ovine ventilat artificial (video 1), compusul PMX-NBD a fost testat în privința toxicității și, după obținerea avizului toxicologic, a fost fabricat pentru uz uman. Metoda a identificat bacteriile Gram-negative in situ și poate fi folosită atât pentru diagnosticul pneumoniei, cât și pentru urmărirea infecției și răspunsului la antibioticoterapie.
Tehnica permite și dezescaladarea tratamentului
Tehnologia de combinare a metodelor fluorescente cu endomicroscopia permite diagnosticul imagistic molecular al țesutului pulmonar distal la rezoluții înalte, oferind posibilitatea explorărilor seriate ale segmentelor pulmonare (fig. 3).
Fibra de endomicroscopie optică este avansată prin bronhoscop până în regiunile distale pulmonare, evitând contaminarea traheobronșică. Prin alăturarea tehnicii fluorescente cu endomicroscopia, crește specificitatea și predictibilitatea infecțiilor pulmonare alveolare. În plus, infecțiile pot fi diferențiate de colonizarea comensală, iar repetarea endomicroscopiei fluorescente permite dezescaladarea tratamentului, după ce infecția a fost combătută, ori intensificarea tratamentului, dacă ea persistă mai mult.
Polimixinele sunt folosite în mod uzual pentru proprietățile lor antibacteriene, dar în acest studiu au fost folosite pentru imagistica optică moleculară în endomicroscopie, permițând semnalizarea fluorescentă doar la contactul cu moleculele bacteriene. Studiile în privința relației structură-activitate au arătat că lungimea de legătură între polimixine și NBD este crucială pentru activitatea compusului iar proprietățile amfipatice (un pol hidrofil și unul hidrofob) au fost menținute prin reziduurile hidrofobe din pozițiile 6 și 7 ale compusului chimic. În ceea ce privește rezistența bacteriilor Gram-negative la polimixine, aceasta se întâlnește foarte rar în practică, astfel încât nu este afectată aplicabilitatea PMX-NBD.
O tehnologie costisitoare și cu unele limitări
Deși limitat la un număr mic de pacienți, studiul a arătat că încă este necesară dezvoltarea criteriilor de diferențiere a infecțiilor bacteriene de novo de infecțiile aflate în fază de rezoluție sau de colonizarea comensală, precum și algoritmi de rafinare a pattern-urilor imagistice identificate. Bacteriile Gram-negative au fost identificate la șase pacienți cu bronșiectazii și la doi pacienți din terapie intensivă cu semne calitative de infecție (video 2). Proteus mirabilis nu a fost identificat la pacienții analizați, bacteria fiind rezistentă la polimixine. În plus, tehnologia este costisitoare prin prisma costului fibrelor AlveoFlex de endomicroscopie, care trebuie sterilizate după fiecare utilizare.
Video 2. Sonda imagistică a vizualizat prezența bacteriilor (verde) în alveolelele unui pacient ventilat mecanic pe secția de terapie intensivă, suspect de pneumonie. Sursa: Akram et al., Sci Transl Med
Tehnologia rămâne însă fezabilă pentru realizarea diagnosticului la patul pacientului, dar autorii spun că sunt necesare studii mai largi pentru analiza siguranței reutilizării sale (este necesară repetarea bronhoscopiei, tehnică minim-invazivă care poate decompensa într-o mare măsură funcția respiratorie deja afectată). Pe termen lung, această metodă de diagnostic a pneumoniei nosocomiale ar trebui completată cu metode pentru bacteriile Gram-pozitive, vancomicina substituind, în aces sens, polimixina.
