Estudios de eficacia antimicrobiana frente a la infección de cuerpo extraño por Staphylococcus aureus: aplicación de un modelo in vivo y un modelo dinámico in vitro

Abstract

Las infecciones de prótesis articulares causadas por S. aureus son difíciles de curar, y con los tratamientos actuales recomendados siguen habiendo fallos tanto microbiológicos como clínicos. Asimismo, no se han estudiado de forma exhaustiva las posibles alternativas terapéuticas en caso de no poder administrar por alergia o intolerancia a alguno de los antibióticos considerados de elección. Actualmente se están investigando nuevas terapias terapéuticas ya sea con antibióticos de reciente aparición, como es daptomicina, o a partir de terapias anti-biofilm. Daptomicina es un lipopéptido cíclico que ha demostrado tener actividad bactericida frente a bacterias en fase planctónica y en fase estacionaria, y se ha visto que tiene una alta eficacia en combinación con otros antimicrobianos frente a la infección de cuerpo extraño por S. aureus resistente a meticilina (SARM). Por otro lado, la escasa información existente sobre la terapia anti-biofilm con macrólidos frente a S. aureus es contradictoria; si bien algunos estudios defienden que posee una actividad contra el biofilm, otros observaron poca o ninguna actividad. Como se ha comentado, las consideradas como alternativas terapéuticas en la infección por S. aureus (ej., cotrimoxazol y ácido fusídico) no se han estudiado en profundidad y la información que se tiene de estos antibióticos es de hace algunas décadas. El objetivo de esta tesis fue por un lado estandarizar dos modelos, uno in vitro en el CDC biofilm reactor y otro in vivo de infección de cuerpo extraño con cepas S. aureus sensibles a meticilina (SASM) y SARM, para poder evaluar (i) la eficacia de las combinaciones de daptomicina frente a

SASM; (ii) el potencial efecto anti-biofilm de claritromicina; y (iii) la actividad de cotrimoxazol, ácido fusídico y las combinaciones de rifampicina con cotrimoxazol y linezolid como posibles alternativas terapéuticas al tratamiento estándar para S. aureus. Los principales hallazgos son:

- El modelo in vivo estandarizado con una infección de 3 y 7 días, como modelo de infección aguda de cuerpo extraño, se muestra válido para la evaluación de la eficacia antimicrobiana - El modelo in vitro dinámico de CDC biofilm reactor permite la formación de biofilm de S.aureus, su mantenimiento en el tiempo, así como el estudio de la eficacia de las diferentes pautas terapéuticas. - Daptomicina-cloxacilina ha demostrado tener una actividad similar a cloxacilina- rifampicina (tratamiento estándar) y podría utilizarse como alternativa terapéutica en fase precoz del tratamiento de infecciones de prótesis por SASM - Daptomicina-rifampicina fue el tratamiento más eficaz en la infección in vivo de cuerpo extraño por SASM, incluso tuvo más actividad que el tratamiento estándar levofloxacino- rifampicina. Estos resultados sugieren que daptomicina-rifampicina podría utilizarse como alternativa terapéutica en los casos que no pudiera utilizarse las fluoroquinolonas. - Claritromicina no tuvo actividad anti-biofilm relevante frente a las infecciones por SASM y SARM - Cotrimoxazol fue ineficaz frente a la infección por SASM y SARM en la rata. Los resultados observados sugieren que una de las causas de su inactividad podría ser la interacción con la timidina (que se encuentra en altas concentraciones de forma inherente en la rata, y en infecciones purulentas) .

- Ácido fusídico presentó resultados microbiológicos prometedores (aumento de actividad de daptomicina, y protección frente la aparición total o parcialmente). Sin embargo no se pudo estudiar en el modelo in vivo debido a la toxicidad que presentó en los animales. - En el modelo in vitro dinámico del reactor para SASM observamos que la combinación de levofloxacino con rifampicina fue el tratamiento más eficaz, mientras que cotrimoxazol- rifampicina y linezolid-rifampicina no mostraron diferencias significativas entre ellos en términos de eficacia. Sin embargo, linezolid fue capaz de proteger frente a la aparición de resistencias a rifampicina, mientras que cotrimoxazol no lo hizo. En el modelo para SARM, linezolid-rifampicina se presentó como la terapia más eficaz y protegió frente a la aparición de cepas resistentes. De nuevo, la combinación de cotrimoxazol-rifampicina no protegió frente a la aparición de resistencias a rifampicina, que aparecieron de forma sistemática a las 8 horas de iniciar el tratamiento.

Despite optimal therapeutic management for acute prosthetic joint infections (PJI) caused by Staphylocococcus aureus, some clinical and microbiological failures occur, especially when implant retention is attempted. Moreover, occasions arise when drugs often cannot be administered owing to intolerance or allergy, and no adequately evaluated alternatives exist. In response to these difficulties, alternative therapies and other therapeutic approaches to bacterial biofilm are been investigated. Daptomycin combinations had a high efficacy against foreign-body infection by methicillin- resistant S. aureus (MRSA). On the other hand, the information about the potential anti-biofilm effect of macrolides against S. aureus is scarce and controversial. Additionally, the alternative therapies for S.aureus infections (ie cotrimoxazole and fusidic acid) have not been accurately evaluated. The aims of this project was standardize an dynamic in vitro model (CDC biofilm reactor) and an in vivo foreign-body infection (FBI) by methicillin-susceptible S. aureus (SASM) and MRSA strains, in order to evaluate (i) The efficacy of daptomycin and its combinations against SASM; (ii) the potential anti-biofilm effect of clarithromycin; and (iii) the activity of cotrimoxazole, fusidic acid and rifampicin combinations with cotrimoxazole and linezolid as possible therapeutic alternatives to the standard treatment for S. aureus. The main results were:

- The In vivo model with a period of infection of 3 and 7 days, as an acute FBI model, and the dynamic in vitro model of CDC biofilm reactor were suitable to study the efficacy of different therapies. -Daptomycin-Cloxacillin therapy was as effective as cloxacillin-rifampicin (standard treatment) and can be considered as alternative anti-MSSA therapy for FBI. -Daptomycin-Rifampicin was the most effective combination, providing higher efficacy than levofloxacin-rifampicin. These results suggest that daptomycin-rifampicin may be useful as a first-line therapy against MSSA PJI. -Clarithromycin did not show anti-biofilm activity against MSSA and MRSA infections.

-Cotrimoxazole was ineffective against S.aureus in animal model. The results observed suggest that the lack of activity could be due in part to its inactivation by thymidine. -Fusidic acid had promising microbiological results. However, it was not possible to perform the in vivo studies due to the animal intolerance to antibiotic. - In CDC biofilm reactor, levofloxacin-rifampicin was the most effective treatment against MSSA. Rifampicin combinations with cotrimoxazole and linezolid had similar activity. Against MRSA, linezolid-rifampicin combination was the most effective treatment. In both strains, the cotrimoxazole-rifampicin combination did not protect against rifampicin resistant strains.