Ilt som våben ved bakterielle infektioner

​Mette Kolpen har tænkt i nye baner med de stoffer, vi allerede bruger i behandlingen af kroniske infektioner. Hun har opnået positive resultater ved at benytte ilt.
Bakteriel tolerance med efterfølgende resistens er et velkendt problem. Dette gør sig især gældende ved bakterielle biofilminfektioner med f.eks. Pseudomonas aeruginosa, hvor kolonier af bakterier indlejret i slim, er skyld i mange kroniske infektionstilstande, som er umulige at bekæmpe. Dette ses bl.a. indenfor sygdomme som kronisk lungebetændelse, hos cystisk fibrose (CF) patienter og diabetespatienter med kroniske sår. Det er velkendt, at der ikke produceres mange nye antibiotika, hvorfor det er nødvendigt at tænke i nye baner med de stoffer, vi allerede bruger i behandlingen af kroniske infektioner. 

En vigtig del af forskningen, som udspringer i samarbejde med Peter Østrup Jensen, Lektor, Københavns Universitet, har været at undersøge, under hvilke fysiologiske forhold bakterielle biofilm eksisterer. Hos CF patienter har vi tidligere vist, at der er iltsvind i den endobronkiale slim, hvor biofilmen findes. 

Dette iltsvind skyldes de omkringliggende inflammatoriske cellers iltforbrug under deres fagocytterende proces. Som følge af de inflammatoriske cellers iltforbrug dannes der reaktive oxygen-radikaler og nitrogenoxid, der via kemiske processer kan omdannes til nitrat og nitrit, som bidrager til bakteriernes iltfrie stofskifte. 

Derfor findes der ved kroniske biofilm-infektioner bakterier, der er i stand til at vokse og gro under både iltede og ikke-iltede forhold, hvorved bakteriernes celledeling påvirkes. Bakterier, der findes under iltede forhold, vokser bedre og hurtigere, mens bakterier, der findes under iltfrie forhold, vokser meget langsomt og findes i en form for dvale. 

Det er generelt velkendt, at bakterielle biofilm ved kliniske infektioner er nærmest umulige at behandle, hvorfor de udvikler sig til kroniske infektioner. Den seneste forskning indenfor antibiotikabehandling har vist, at nogle antibiotika påvirker bakteriernes produktion af reaktive oxygen-radikaler, der i kombination med antibiotika bidrager med det bakterielle drab. Dette gør sig dog kun gældende for aktive celler, der er i stand til at forbruge ilt til deres stofskifte. Derved opstår der en niche af bakterier, der grundet et langsomt eller inaktivt stofskifte ikke er modtagelige overfor mange antibiotika.

Vi har derfor udført isolerede antibiotikaforsøg i et trykkammer, der indeholder 100 % ilt og skaber 2.8 atmosfære-tryk, hvilket er det samme som Rigshospitalet bruger i andre former for trykkammer-behandlinger. Det er derfor muligt at tilføre mere ilt end ved normalt atmosfærisk tryk. Kroniske infektioner blev simuleret i en agarose biofilmmodel, hvor der efter 90 minutters antibiotika- og trykkammerbehandling, kunne ses en markant effekt. Antibiotika virkede 99 procent bedre i biofilmmodellen, der fik trykbehandling, sammenlignet med dem uden for trykkammeret. Hårdføre bakterier, der normalt kan modstå antibiotikabehandling, kan herved igen gøres følsomme over for antibiotika ved at tilføre ilt under tryk. Bakterierne er meget mere følsomme over for de fleste typer antibiotika, når de får ilt, som de bruger til at dele sig og vokse. 

Det er derfor vores intention, at vi kan bruge mere ilt med eller uden tryk som en tillægsbehandling til antibiotikabehandling hos patienter med kroniske biofilminfektioner. Vi har igangværende forsøg, hvor vi tester, hvorvidt ilt under tryk påvirker andre antibiotika på både gram-negative og gram-positive bakterier i biofilm. 

Udover de videnskabelige resultater ved kroniske infektioner er det glædeligt, at andre hospitaler finder interesse i forskningen. Mette Kolpen har derfor indgået et forskningssamarbejde med Klinisk Mikrobiologisk Afdeling på Herlev Hospital og forskningsklyngen, Infektion og Inflammation på Nordsjællands Hospital, hvor patienter indlagt med akut pneumoni undersøges for, hvorvidt iltsvind også skyldes de omkringliggende inflammatoriske cellers iltforbrug. Der er også øget fokus på inflammationsmarkører og biofilm på trakealtuber.  




Skematisk overblik for biofilminfektion i den endobronkiale lumen baseret på ex-vivo observationer. (A) Endobronkial lumen med to aggregrede biofilm omgivet af neutrofile celler i infiltreret slim (B) ilt-gradient igennem slimmen mod biofilmen med høje koncentrationer af neutrofile celler, der resulterer i stejle il-gradienter på grund af et højt ilt-forbrug (C) Høj koncentration af neutrofile celler omkring en biofilm resulterer i langsomt voksende bakterier inden i biofilmen (D) Forskellen i vækstrate kan resultere i differentieret tolerance over for antibiotika. Jensen et al.  APMIS, 2017, 125, 276-288.



Redaktør