Jozef Dingemans, Hanneke Eyns, Julie Willekens, Pieter Monsieurs. Rob Van Houdt, Pierre Cornelis,Anne Malfroot, Aurélie Crabbé
Ухудшение мукоцилиарного клиренса при муковисцидозе приводит к хронической колонизации легких патогенными микроорганизмами; одним из наиболее неблагоприятных среди них считается синегнойная палочка (Pseudomonas aeruginosa). Синегнойная палочка (СП) способна к формированию биопленки, которая защищает колонию бактерий от иммунной системы и антибиотиков и делает инфекцию крайне стойкой.
Проводившиеся исследования in vitro показали, что высокое напряжение сдвига жидкости препятствует образованию биопленки штаммом PAO1 синегнойной палочки. Исходя из этого, исследователи предположили, что повышение напряжения сдвига (т.е. текучести) мокроты в легких пациентов с муковисцидозом обладает серьезным терапевтическим потенциалом: оно может помешать формированию или разрушить уже существующую патогенную биопленку, что повысит эффективность антибактериальной терапии.
Повысить напряжение сдвига мокроты можно при помощи механического воздействия. Была выдвинута гипотеза, что для этого можно использовать технологию интрапульмональной перкуссионной вентиляции (ИПВ).
В 2018 г было проведено первое исследование, в котором рассматривалось влияние ИПВ на легочную функцию, бактериальную нагрузку мокроты и экспрессию генов СП у пациентов с муковисцидозом.
В исследовании приняли участие 4 пациента с муковисцидозом и хронической синегнойной инфекцией. Каждый пациент прошел по 3 терапевтических сессии: 1) аутогенный дренаж (АД), 2) низкочастотная (200 циклов/мин.) ИПВ в сочетании с АД, 3) высокочастотная (400 циклов/мин.) ИПВ в сочетании с АД. Каждая сессия длилась 5–10 дней в условиях стационара, во время прохождения внутривенной антибактериальной терапии. За эти 5–10 дней пациенты дважды в день проходили 30-минутную процедуру ИПВ или АД. В течение сессии трижды собирались по две пробы мокроты: одна для определения бактериальной нагрузки, другая – для последующей оценки экспрессии генов СП. Также при этом проводились тесты легочной функции: объем форсированного выдоха за секунду (ОФВ1) и форсированная жизненная емкость легких (ФЖЕЛ).
Сессии проводились раз в три месяца, в перерывах между сессиями пациентам проводился аутогенный дренаж в качестве стандартной методики очистки дыхательных путей.
Результаты.
Было обнаружено статистически значимое улучшение легочной функции пациентов после высокочастотной перкуссионной вентиляции.
Кроме того, было обнаружено, что высокочастотная ИПВ потенциально может влиять на поведение клеток синегнойной палочки, в частности на переход от существования в форме биопленки к планктонной форме.
Биопленка – конгломерат микроорганизмов, клетки которых прикреплены друг к другу и погружены во внеклеточный матрикс, выделяемый ими же. В отличие от биопленок, планктонные клетки существуют по отдельности и гораздо более уязвимы к действию иммунной системы и антибиотиков. В режиме образования биоплёнки клетка меняет своё поведение, что обуславливается регуляцией экспрессии генов.
Авторы исследования выбрали несколько генов, которые могут быть маркерами планктонной либо биопленочной формы роста. С планктонной формой ассоциируются такие гены, как PA1922 иPA0121, с биопленочной – norC, algA, glpD и mreB. Также в исследование был включен ген pvdS для оценки влияния терапии на синтез пиовердина; он также может считаться ассоциированным с планктонной формой роста.
Типичной проблемой подобных исследований является быстрая деградация РНК, поэтому в данной работе несколько образцов работы оказались непригодными для изучения экспрессии генов. Авторы смогли оценить изменение экспрессии генов во времени между двумя разными сессиями у трех пациентов (02, 07, 08). Во время анализа результатов были отмечены большие межиндивидуальные колебания показателей, что скорее всего отражает фенотипические и генотипические различия среди пациентов с муковисцидозом, а также уникальный характер взаимодействия организма с патогеном и сложность структуры регуляторных сетей патогена.
Маркеры планктонной формы СП (PA0121 и pvdS), которые ассоциируются с условиями высокого напряжения сдвига мокроты, показали прирост после проведения высокочастотной ИПВ (по сравнению с низкочастотной ИПВ или АД). И наоборот, уровень экспрессии гена AlgA – гена синтеза альгината (основной маркер биопленочной формы; штаммы СП со сверхэкспрессией гена algA обычно образуют слизистые колонии с выраженными свойствами вирулентности) в 9 образцах из 12 снижался после применения высокочастотной ИПВ.
Выводы.
Хронические легочные инфекции – одна из самых главных проблем пациентов с муковисцидозом. Из-за мукостаза (скопления вязкой мокроты) эвакуация секрета из бронхолегочной системы затруднена, что приводит к размножению в нем микроорганизмов и развитию воспалений. Вопрос поиска эффективных способов лечения стойких инфекций при муковисцидозе остается открытым. В настоящее время не существует лекарственного препарата, способного разрушить колонию синегнойной палочки в биопленочной форме. Более перспективно в этом плане механическое воздействие. Так как перкуссионная вентиляция создает колебательные движения потока воздуха в дыхательных путях, именно она была выбрана авторами исследования в качестве потенциального инструмента разрушения патогенной биопленки.
Это первое исследование, в котором ИПВ была изучена с микробиологической точки зрения. Авторы работы считают, что метод обладает большим потенциалом в смысле предотвращения развития устойчивых бактериальных инфекций: высокочастотная ИПВ может использоваться с целью изменения биопленочной формы существования бактерий на планктонную.
Также был отмечен положительный эффект высокочастотной ИПВ на легочную функцию пациентов с муковисцидозом.
Эти многообещающие результаты, тем не менее, должны быть проверены в последующих исследованиях на большей выборке пациентов.
