Revisan Nuevas Opciones Terapéuticas para la Erradicación de Pseudomonas aeruginosa de los Pulmones de los Pacientes con Fibrosis Quística

• AUTOR : Brugha RE, Davies JC
• TITULO ORIGINAL : Pseudomonas aeruginosa in Cystic Fibrosis: Pathogenesis and New Treatments
• CITA : British Journal of Hospital Medicine 72(11):614-619, Nov 2011
• MICRO : La infección por P. aeruginosa es uno de los principales problemas en los pacientes con fibrosis quística. En los últimos años se avanzó en el conocimiento de los mecanismos que contribuyen en la persistencia del germen en los pulmones y en la creación de nuevas modalidades destinadas a su erradicación.

Introducción

Las mutaciones del gen del regulador de conductancia transmembrana (CFTR [transmembrane conductance regulator]) son la causa de la fibrosis quística (FQ), una enfermedad que se hereda en forma autosómica recesiva. La proteína codificada por el CFTR cumple un papel primordial en la secreción de cloro y en la absorción de sodio en las superficies epiteliales. Aunque hasta la fecha se han identificado más de 1 800 mutaciones en dicho gen, la más común consiste en la deleción de la fenilalanina en el codón 508 (delta508), presente en aproximadamente el 70% de los pacientes con FQ.

Los trastornos del transporte del cloro, del sodio y del agua en el epitelio del tracto respiratorio generan alteraciones en la depuración ciliar del moco y de las bacterias inhaladas. Por lo tanto, la colonización bacteriana es un hallazgo característico en los pacientes con FQ. El resultado final de las alteraciones mencionadas es la infección y la inflamación crónica de los pulmones y el deterioro progresivo de la funcionalidad respiratoria, agravado aun más por las exacerbaciones agudas frecuentes de la enfermedad. Aproximadamente el 25% de los pacientes con FQ no se recupera en forma completa de las exacerbaciones.

Durante la infancia, las bacterias que se aíslan con mayor frecuencia de los pulmones de los pacientes con FQ incluyen los patógenos respiratorios habituales: Staphylococcus y especies de Haemophilus; estos gérmenes son los que habitualmente se aíslan en los niños sanos con neumonía intercurrente. Sin embargo, hacia los 18 años, aproximadamente el 80% de los pacientes con FQ tiene colonización por Pseudomonas aeruginosa. En ocasiones, este microorganismo se aísla en las muestras provenientes del tracto respiratorio inferior, poco después de que se establezca el diagnóstico de FQ mediante el rastreo genético neonatal. Debido a que en los pacientes con FQ se detectan numerosos genotipos de P. aeruginosa, se considera que la infección tiene un origen ambiental; no obstante, la diseminación del patógeno de un paciente a otro ha sido un problema importante en algunos centros.

La infección crónica del tracto respiratorio inferior por P. aeruginosa se asocia con inflamación bronquial persistente y con evolución clínica desfavorable, de allí que el objetivo principal del tratamiento consista en la erradicación precoz de esta bacteria. Las características de los pulmones de los pacientes con FQ también confieren el ambiente propicio para la colonización e infección por bacterias y hongos que habitualmente no se aíslan de los pulmones de los sujetos sanos. Sin embargo, por el momento no se conocen con precisión las consecuencias clínicas de este hallazgo.

En la presente revisión, se resumen los avances más recientes para el tratamiento de la infección por P. aeruginosa en los pacientes con FQ.

P. aeruginosa en los pulmones de los pacientes con FQ. Adquisición y persistencia de la infección

P. aeruginosa es un bacilo ambiental gramnegativo. Por sus propiedades naturales y adquiridas (en su mayoría, poco comprendidas) tiene afinidad particular por los pulmones de los pacientes con FQ. Mediante las vellosidades y un largo flagelo, P. aeruginosa es capaz de adherirse al epitelio respiratorio; en los sujetos sanos, la capa de moco que reviste el epitelio evita la adhesión de la bacteria a las células y los gérmenes son eliminados por el sistema de depuración mucociliar. Cabe destacar que la presencia de P. aeruginosa en las vías aéreas de las personas sanas no desencadena inflamación. Por el contrario, en los pacientes con FQ, todos estos mecanismos son insuficientes; el microorganismo tiene mayor afinidad por infectar las regiones hipóxicas, asociadas con la presencia de acumulaciones de moco espeso. Además, por ser un microorganismo móvil, P. aeruginosa puede atravesar el moco de la vía aérea y, de esta forma, eludir los sistemas naturales de defensa. La falta de depuración de las bacterias inhaladas permite que éstas se adhieran directamente a la superficie de las células epiteliales. Por ejemplo, los estudios in vitro confirmaron la unión directa de los microorganismos a los glucolípidos de la superficie celular que tienen el disacárido GalNAcbeta1-4Gal. Más aún, uno de estos glucolípidos, el asialoGM1, es especialmente abundante en los bronquios de los pacientes con FQ. No obstante, la verdadera importancia clínica de esta observación todavía no se conoce. Una vez que se establece la infección, P. aeruginosa dispone de diversos mecanismos para evitar los mecanismos inmunológicos del hospedero. La respuesta inflamatoria, con el estallido respiratorio de los neutrófilos que infiltran las zonas de inflamación y la producción de aniones superóxido y citoquinas, es el principal factor que contribuye en la destrucción progresiva del parénquima pulmonar y en la formación de bronquiectasias, el trastorno patognomónico en los pacientes con FQ.

La mejor comprensión de los mecanismos fisiopatológicos que participan en el daño pulmonar asociado con la infección sin duda ha sido y será de gran ayuda para crear nuevas alternativas terapéuticas antipseudomónicas. La hipoxia que caracteriza la mucosidad espesa que recubre la superficie respiratoria de los pulmones de los sujetos con FQ cumpliría un papel patogénico fundamental. Mediante la hipermutagenicidad, P. aeruginosa es capaz de modificar rápidamente su fenotipo; el índice de mutación espontánea es aproximadamente 20 veces mayor en esta bacteria, de manera que la formación de gérmenes con ventajas especiales contribuye de manera significativa a la persistencia de la infección.

Aunque las vellosidades y el flagelo de P. aeruginosa inducen una fuerte respuesta inmunológica, una vez que la bacteria se «instala» en los pulmones, la expresión de dichas estructuras disminuye considerablemente. Además, el germen adopta fácilmente un fenotipo mucoide y secreta grandes cantidades de exopolisacáridos (alginato).

En caso de que los anticuerpos o los antibióticos puedan atravesar esta barrera, el microorganismo dispone de una segunda línea de defensa: la liberación de proteasas que degradan los anticuerpos, las proteínas del sistema del complemento y las citoquinas proinflamatorias, entre ellas, la interleuquina 8. P. aeruginosa tiene otros múltiples mecanismos de defensa contra los antibióticos, por ejemplo, bombas de expulsión y beta lactamasas. Un mecanismo que contribuye particularmente en la resistencia es la capacidad de formar grupos complejos y biopelículas, en los cuales las bacterias están expuestas a dosis subletales de antibióticos.

Propiedades de las biopelículas

Una vez que se establece la infección, los microorganismos forman agrupaciones especiales, con lo cual se protegen de los mecanismos de defensa y de los antibióticos. Las biopelículas son acumulaciones de bacterias metabólicamente inactivas y resistentes a los antibióticos. La formación de biopelículas se ha confirmado en la naturaleza, en ciertos dispositivos insertados en el organismo (válvulas protésicas) y en las zonas del cuerpo en las cuales está limitado el reclutamiento de células inmunológicas (osteomielitis). Numerosos gérmenes son capaces de formar biopelículas, integradas por bacterias, mucinas endógenas atrapadas, productos de degradación del ADN de los glóbulos blancos y exopolisacáridos de la matriz. Por el momento, se desconocen los factores que estimulan la formación de biopelículas; sin embargo, es muy probable que la capacidad de las bacterias para detectar su densidad en el microambiente (quorum sensing) tenga una importancia principal en este sentido. P. aeruginosa secreta acil- homoserina-lactonas que difunden libremente a través de las membranas de las células adyacentes. Una vez que la colonia tiene un determinado tamaño, la concentración de acil-homoserina-lactonas modifica la expresión genética en las bacterias vecinas. El resultado final es la producción de exopolisacáridos que brindan protección al grupo en su totalidad. Se considera que la hipoxia del microambiente y la exposición a los antibióticos podrían ser los determinantes principales en este proceso. La ruptura periódica de las biopelículas y la liberación de algunos gérmenes podrían ser responsables de las exacerbaciones agudas en los pacientes con FQ.

El tratamiento de la infección por P. aeruginosa es complicado por diversos motivos. En primer lugar, las bacterias son particularmente aptas para invadir los pulmones de estos pacientes; mediante diversos mecanismos eluden la respuesta inmunológica del hospedero. Además, liberan exopolisacáridos que comprometen la penetración de los antibióticos; las concentraciones bajas de antibióticos en las biopelículas contribuyen por presión selectiva a la aparición de cepas resistentes. Por último, los procesos mencionados no suceden en forma homogénea en todo el pulmón; las cepas no mucoides reinfectan permanentemente las regiones pulmonares no hipóxicas. Todos estos hallazgos explican por qué la erradicación bacteriana es tan complicada.

Nuevas estrategias para la creación de antibióticos

Para que sean útiles, los antibióticos deben alcanzar concentraciones adecuadas en las biopelículas. La tobramicina y la colomicina por vía inhalatoria (en nebulización) representan terapias de primera línea para la FQ. Esta vía de administración de los antibióticos es sumamente beneficiosa para los pacientes y evita la exposición sistémica a fármacos asociados con ototoxicidad y toxicidad nefrológica, respectivamente. Otras alternativas promisorias incluyen la levofloxacina y el aztreonam por vía inhalatoria.

Debido a que, por lo general, los antibióticos en suspensión líquida son moléculas con carga iónica, penetran poco en la biopelícula hidrofóbica. Con el objetivo de superar este problema se han creado preparados liposomales de amikacina (el antibiótico se incorpora en liposomas de 0.3 µm de diámetro con una capa externa formada por los componentes del surfactante dipalmitoil fosfatidilcolina y colesterol). Los liposomas tienen la capacidad de atravesar las biopelículas y de liberar directamente el antibiótico en el interior de dichas estructuras. Posiblemente, los liposomas son degradados in situ por la acción de moléculas líticas producidas por P. aeruginosa, ramnolípidos. También, se han creado preparados liposomales de tobramicina.

Estrategias innovadoras para reducir la resistencia

La posibilidad de aprovechar los propios mecanismos de defensa bacteriana para liberar un antibiótico a partir de un determinado preparado se asemeja al principio de los profármacos. Por lo tanto, en el futuro se podrían crear proantibióticos que se activarían por las bacterias, una vez presentes en el citoplasma. La persistencia de metabolitos inactivos podría evitarse mediante la incorporación en el preparado de las enzimas necesarias para su degradación.

Nuevos objetivos para los antibióticos

En primera instancia se debería evitar la formación de las biopelículas, que depende de la comunicación interbacteriana mediante moléculas «sensoras». El bloqueo de las acil-homoserina-lactonas podría ser de utilidad para que aquéllas no se formen. De hecho, los estudios in vitro demostraron que los anticuerpos contra estas moléculas y las enzimas que la degradan inhiben la actividad de P. aeruginosa. En un modelo murino, la inmunización con un conjugado de proteína y acil-homoserina-lactona antes de la infección se asoció con la disminución de la mortalidad. Ciertas fosfodiesterasas también podrían ser útiles para bloquear la producción de las biopelículas. Las nuevas alternativas mencionadas podrían ser de ayuda para evitar la infección por P. aeruginosa y para erradicar la bacteria, una vez formadas las biopelículas.

Nuevas estrategias antimicrobianas

La transcripción y la activación de la reductasa de óxido nítrico en P. aeruginosa representa un mecanismo por el cual el metabolismo de la bacteria es posible en condiciones anaeróbicas, sin que se produzcan productos tóxicos, dañinos para los patógenos. Los gérmenes que carecen de este mecanismo morirían en el microambiente anaeróbico como consecuencia de la producción endógena excesiva de óxido nítrico. Por lo tanto, una alternativa terapéutica posible contra P. aeruginosa, presente en las biopelículas, es el aporte de nitritos, de forma tal de superar la capacidad de la reductasa de óxido nítrico. De hecho, los resultados de un trabajo reciente indican que el preparado acidificado de nitrito de sodio (NaNO2) destruye las formas mucoides de P. aeruginosa, S. aureus y el complejo B. cepacia mediante la generación de iones NO2-.

En los últimos años se renovó el interés por las terapias antibacterianas con bacteriófagos, virus dirigidos específicamente contra las bacterias. Esta metodología se utilizó a partir de 1917 hasta la aparición de los antibióticos a principios de la década del 40. Dicha modalidad podría ser útil, especialmente en la actualidad, cuando el número de bacterias resistentes es cada vez mayor. En un modelo murino, un fago con propiedades líticas contra P. aeruginosa se asoció con resultados muy alentadores. Esta modalidad de tratamiento, por lo tanto, podría ser útil en los pacientes con FQ y con otros trastornos asociados con la infección crónica por Pseudomonas.

En la actualidad se investigan dos anticuerpos monoclonales antipseudomónicos: el Fab 1A8 está dirigido contra el sistema de secreción de exotoxina tipo 3, mientras que el panobacumab es un anticuerpo monoclonal humano de tipo IgM, dirigido contra los lipopolisacáridos del serotipo O11. El anticuerpo se asoció con una supervivencia más prolongada en los adultos con neumonía intrahospitalaria por Pseudomonas.

Aspectos todavía desconocidos

Dos descubrimientos realizados en la última década han modificado sustancialmente la forma de «abordar» la erradicación de P. aeruginosa de los pulmones de los pacientes con FQ. Por un lado, se reconoció la capacidad de la bacteria de transformarse genéticamente y adaptarse a los microambientes anaeróbicos; por otro lado, se identificaron muchas otras especies de bacterias en los pulmones de estos pacientes. Mediante técnicas complejas, un grupo encontró 549 cepas de bacterias en los pulmones de más de 100 pacientes con FQ. Todavía, sin embargo, la patogenicidad, la virulencia y la relevancia clínica de estos hallazgos no se conocen.

Conclusiones

La mejor comprensión de las propiedades de P. aeruginosa permitió crear algunas alternativas terapéuticas más útiles para su erradicación. La administración de antibióticos por vía inhalatoria y la utilización de antibacterianos en preparados liposomales son algunos ejemplos. Otras opciones, aún en investigación, podrían revolucionar el tratamiento de la FQ en el futuro.

Especialidad: Bibliografía - Neumonología