Experimentelle Bakteriophagen-Therapie bei Infektionen von Lungenmodellen mit Pseudomonas aeruginosa

Die zunehmende Unwirksamkeit gängiger Medikamente gegenüber immer mehr auftretende multiresistente Bakterien erhöht den Bedarf an neuen Behandlungsmöglichkeiten. Das gramnegative Bakterium Pseudomonas aeruginosa ist ein Beispiel dieser Bakterien, welches für verschiedene nosokomiale Infektionen, insbesondere für Pneumonien, und den rasanten Erwerb von multiplen Resistenzen bekannt ist. Eine vielversprechende mögliche Alternative oder Ergänzung zu herkömmlichen Therapien sind Bakteriophagen, auch bekannt als Phagen. Diese Viren infizieren ausschließlich Bakterienzellen, vermehren sich in ihnen und lysieren sie. Obwohl allgemein anerkannt ist, dass Phagen unter Laborbedingungen in der Lage sind, (antibiotikaresistente) Bakterien zu lysieren, gibt es noch wenig Wissen darüber, welche Immunreaktionen sie im Zielgewebe, wie z. B. der Lunge, auslösen. Die Kenntnis darüber ist jedoch von entscheidender Bedeutung, um die Sicherheit der Phagentherapie beurteilen und sie erfolgreich beim Menschen einsetzen zu können. Das Ziel dieses Promotionsvorhabens war es, in ausgewählten Aspekten die Sicherheit und Verträglichkeit eines Bakteriophagencocktails in der Behandlung gegen eine Lungeninfektion mit P. aeruginosa präklinisch zu evaluieren. Dafür wurden die Bakteriophagen gegen P. aeruginosa ex vivo in einem Lungengewebekultur-Modell und in vivo in einem murinen Pneumonie-Modell untersucht. Die Applikation der Einzelphagen JG005 und JG024 und eines Phagencocktails, bestehend aus JG005, JG024 und BHZ17, führten im Ex-vivo-Lungeninfektionsmodell zur Hemmung des bakteriellen Wachstums. Dieses Ergebnis konnte nur mit der MOI von 1000 oder höher erzielt werden. Der Einzelphage BHZ17 war bei keiner Dosierung in der Lage, die bakterielle Last in den Lungenstücken zu reduzieren. Die Applikation des Phagencocktails führte bei den mit DSM 107574, einem klinischen Isolat von Pseudomonas aeruginosa, infizierten Lungenstücken zu einer Erhöhung und bei den mit DSM 107570, einem weiteren klinischen Isolat von Pseudomonas aeruginosa, infizierten Lungenstücken zu einer Erniedrigung der IL-1ß Ausschüttung. Durch die Applikation des Phagencocktails konnten keine negativen Einflüsse auf das klinische Bild der Versuchstiere beobachtet werden. Die Phagentherapie führte zu einem verbesserten Körpertemperaturverlauf der infizierten Mäuse und zu weniger Bakterienlast 12 Stunden p.i. in der Lunge und BALF der infizierten Mäuse. Auf die Lungengefäßpermeabilität hatte die Behandlung mit Phagen keinen Einfluss. Mit Hilfe der Phagen konnte die systemische Erhöhung der Leukozytenanzahl durch die Infektion verhindert werden. Auf lokaler Ebene betrachtet, erhöhte die Behandlung mit Phagen den Prozentsatz polymorphkerniger Leukozyten in der bronchioalveolären Lavageflüssigkeit bei scheininfizierten Tieren zu allen Untersuchungszeitpunkten. Die Befunde der lokalen Immunreaktion wurden weiterhin durch die Ergebnisse der histopathologischen Auswertung bestätigt. Dort zeigten die scheininfizierten phagenbehandelten und placebobehandelten Tiere minimale bis geringgradige neutrophile alveoläre sowie perivaskuläre und peribronchiale Infiltrate. Die histopathologische Untersuchung zeigte außerdem keine signifikanten Unterschiede im Hinblick auf Grad der Pneumonie und Ödembildung zwischen der P. aeruginosa-infizierten und phagenbehandelten Gruppe im Vergleich zu der P. aeruginosa-infizierten und Placebo behandelten Gruppe. Durch die Applikation der Phagen kam es teilweise zur Verringerung und teilweise zur Erhöhung von Zytokinen auf lokaler und auf systemischer Ebene. TNF-a und GM-CSF waren in scheininfizierten mit Phagen behandelten Tieren 12 Stunden p.i. auf lokaler Ebene erhöht. Die Applikation der Phagen führte zu einer Reduktion der IL-1ß Ausschüttung 12 Stunden p.i. auf lokaler und systemischer Ebene in den mit P. aeruginosa infizierten Tieren. Die Ergebnisse dieser Studie zeigen die Fähigkeit der Phagen, Bakterienlast zu reduzieren, und damit ihr Potenzial als mögliches Therapeutikum. Trotz des Auftretens von leichten Immunreaktionen in den verschiedenen Modellen konnten keine klinisch sichtbaren unerwünschten Wirkungen im Mausmodell beobachtet werden. Die vorliegende experimentelle Studie unterstützt die Entwicklung eines Cocktails von Bakteriophagen für die klinische Therapie von P. aeruginosa Infektionen der Lunge.