Bakteriophagen-Therapie gegen Acinetobacter baumannii: Experimentelle Evaluation in zwei präklinischen Modellen

Abstract

Infektionen der Lunge und der Atemwege durch Antibiotika-resistente Bakterien wie Acinetobacter baumannii (A. baumannii) stellen eine zunehmende Bedrohung für Patienten und Gesundheitssysteme dar. Bakteriophagen eliminieren Krankheitserreger mit hoher Wirtsspezifität und Effektivität. Um eine erfolgreiche Therapie im klinischen Kontext zu ermöglichen, ist eine genauere Charakterisierung der Wirksamkeit und der angeborenen Immunantwort erforderlich. In Vorbereitung künftiger klinischer Studien, bei der aerosolisierte lytische Phagen gegen gramnegative Bakterien bei Patienten mit chronischen Atemwegsinfektionen eingesetzt werden, wurde in dieser Arbeit die Wirksamkeit und Verträglichkeit eines aufgereinigten Phagenpräparats gegen A. baumannii in vivo in immunkompetenten Mäusen und ex vivo in humanem Lungengewebe untersucht. Der charakterisierte Phage vB_AbaM_Acibel004 wurde anhand seiner lytischen Aktivität gegen den Infektionsstamm ausgewählt und als aufgereinigte Lösung hergestellt. Mäuse und humanes Lungengewebe wurden infiziert, einmalig mit Phagen oder Lösungsmittel behandelt und der Einfluss auf die bakterielle Last, sowie die klinischen und proinflammatorischen Reaktionen untersucht. Mäuse, die durch intratracheale Phagen-Applikation behandelt wurden, erholten sich schneller von der infektionsbedingten Hypothermie und wiesen eine geringere bakterielle Last im Lungengewebe sowie eine geringere Permeabilität der pulmonal-vaskulären Barriere und keine erhöhte Freisetzung proinflammatorischer Mediatoren auf. Die histopathologische Untersuchung der Lungen zeigte bei den mit Phagen behandelten Tieren eine geringere Entzündung, ohne dass die Rekrutierung von Entzündungszellen beeinflusst wurde. Die Anwendung von Phagen reduzierte die bakterielle Belastung in ex vivo infizierten menschlichen Lungen. In keinem der Modelle wurden unerwünschte Wirkungen festgestellt. In dieser Arbeit wurden zum ersten Mal Wirksamkeit und Verträglichkeit eines gereinigten Phagenpräparats gegen A. baumannii in immunkompetenten Mäusen und in der humanen Lunge dokumentiert. Diese Ergebnisse unterstützen das Konzept der Entwicklung von Phagen-basierten Therapien gegen pulmonale A. baumannii-Infektionen

Lung and airway infections by multidrug resistant bacteria including Acinetobacter baumannii (A. baumannii) impose an increasing burden on patients and health care systems. Bacteriophages eliminate pathogens with high host specificity and efficacy. To enable successful therapy in a clinical setting, deeper characterisation of efficacy and innate immune response is required. In anticipation of a future trial applying aerosolised lytic phages against gram-negative bacteria in patients with chronic airway infection, this preclinical study aimed at determining the efficacy and tolerability of a purified phage preparation against A. baumannii in immunocompetent mice in vivo and human lungs ex vivo. Phage vB_AbaM_Acibel004 suitable for multidrug resistant A. baumannii RUH-2037 was identified due to its lytic activity and produced as a purified solution. Mice and human lung tissues were subjected to infection, treated once with phages or solvent, and its influence on bacterial burden, clinical inflammatory responses were investigated. Mice treated via intratracheal phage aerosolisation recovered faster from infection-associated hypothermia and displayed lower bacterial burden in lung tissue as well as lower lung permeability and cytokine release. Histopathological examination of lungs revealed less inflammation in phage-treated animals with unaffected inflammatory cellular recruitment. Phage application effectively reduced bacterial burden in ex vivo infected human lungs. No adverse effects were detected in any model. Efficacy and tolerability of a purified phage preparation against A. baumannii were observed for the first time in immunocompetent mice and in human lungs. This work supports the concept of developing phage-based therapies against pulmonary A. baumannii infections.