Combination therapy of bacteriophages and antibacterial drugs against multidrug-resistant Pseudomonas aeruginosa

Abstract

The main objective of the present thesis is to optimize the treatment with lytic phages and their combination with antibacterial agents against carbapenem-resistant Pseudomonas aeruginosa (CRPsA) strains and specifically MBL-producing isolates. For this purpose, in vitro static and dynamic models were used to describe the pharmacokinetics (PK) and pharmacodynamics (PD) of phages as monotherapy and in combination with antibacterial agents, to optimize dosage regimens, to identify effective combinations and also to investigate the emergence of resistance. In this thesis will be presented: 1) Isolation of lytic phages from environmental samples, extensive search of their host range and investigation of resistance profiles using conventional in vitro techniques to develop species-specific phages. 2) In vitro activity of phages as monotherapy and in combination with antibacterial agents from different classes against MBL-producing Pseudomonas aeruginosa clinical isolates. 3) The simulation of the most potent combinations found in the previous phase in a dynamic in vitro model that will simulate the time-concentration profile of different dosage regimens of phage and antibiotics in human serum. 4) Validation of the findings obtained from the previous phase in animal models with the aim of determining optimal therapeutic dosage regimens. Most previous studies on phage therapy have focused on detecting phages and describing their specificity without investigating their PK/PD properties. This PhD thesis helped to describe for the first time the exposure-outcome relationships of phages as monotherapy but also in combination with antibacterial agents against CRPsA, thus providing a scientific rationale for the selection of optimal dosage regimens.

Ο κύριος στόχος της παρούσας διατριβής είναι η βελτιστοποίηση της θεραπείας με λυτικούς βακτηριοφάγους και ο συνδυασμός τους με αντιβακτηριακά έναντι ανθεκτικών στις καρβαπενέμες στελεχών Pseudomonas aeruginosa (CRPsA) και συγκεκριμένα στελέχη που παράγουν μέταλλο-β-β-λακταμάσες. Για το σκοπό αυτό, χρησιμοποιήθηκαν in vitro στατικά και δυναμικά μοντέλα για την περιγραφή της φαρμακοκινητικής (ΦK) και της φαρμακοδυναμικής (ΦΔ) των φάγων ως μονοθεραπεία και σε συνδυασμό με αντιβακτηριακά, για τη βελτιστοποίηση των δοσολογικών σχημάτων, για τον εντοπισμό αποτελεσματικών συνδυασμών αλλά και για τη διερεύνηση εμφάνισης αντοχής. Στην παρούσα διατριβή θα παρουσιαστούν: 1) Απομόνωση λυτικών φάγων από περιβαλλοντικά δείγματα, εκτεταμένη αναζήτηση του φάσματος των ξενιστών τους και διερεύνηση προφίλ αντοχής χρησιμοποιώντας συμβατικές in vitro τεχνικές για την ανάπτυξη ειδικών για το είδος φάγων. 2) Αναζήτηση in vitro δραστικότητας των φάγων ως μονοθεραπεία και σε συνδυασμό με αντιβακτηριακά φάρμακα από διαφορετικές κατηγορίες. 3) Η προσομοίωση των πιο ισχυρών συνδυασμών που βρέθηκαν στην προηγούμενη φάση σε δυναμικό in vitro μοντέλο που θα προσομοιώνει το προφίλ συγκέντρωσης χρόνου διαφορετικών δοσολογικών σχημάτων φάγων και αντιβιοτικών στον ανθρώπινο ορό. 4) Επικύρωση των ευρημάτων που ελήφθησαν από την προηγούμενη φάση σε ζωικά μοντέλα με στόχο τον προσδιορισμό βέλτιστων θεραπευτικών δοσολογικών σχημάτων. Οι περισσότερες προηγούμενες μελέτες για τη θεραπεία με φάγους επικεντρώνονται στην ανίχνευση φάγων και στην περιγραφή της ειδικότητας τους χωρίς να διερευνήσουν τις ΦΚ/ΦΔ ιδιότητες. H παρούσα διδακτορική διατριβή βοήθησε στη περιγραφή για πρώτη φορά των σχέσεων έκθεσης-αποτελέσματος των φάγων ως μονοθεραπεία αλλά και σε συνδυασμό με αντιβιοτικά έναντι των CRPsA, παρέχοντας έτσι μια επιστημονική λογική για την επιλογή των βέλτιστων δοσολογικών θεραπειών.