Association d'antibiotiques: 1. modèles planctoniques 2 ......Il y a de nombreuses preuves que...

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Association d'antibiotiques: 1. modèles planctoniques 2. biofilms 2-3 nov 2017 Pharmacocinétique/pharmacodynamie (PK/PD) des antibiotiques 1

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Association d'antibiotiques:1. modèles planctoniques

2. biofilms

2-3 nov 2017 Pharmacocinétique/pharmacodynamie (PK/PD) des antibiotiques 1

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Modèles planctoniques

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Un article de synthèse…

2-3 nov 2017 Pharmacocinétique/pharmacodynamie (PK/PD) des antibiotiques 3

ISBN 978-0-387-75612-7 ISBN 978-0-387-75613-4 (eBook)DOI 10.1007/978-0-387-75613-4Springer New York Heidelberg Dordrecht London

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Pourquoi associer ?

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La résistance se développe facilement en monothérapie

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Il y a de nombreuses preuves que l'association d'antibiotiques diminue le risque de résistance in vitro

1. Combinations of β-lactams with aminoglycosides prevent the selection of aminoglycoside- resistant mutants (Blaser et al. 1985 ; McGrath et al. 1993 ; Zelenitsky et al. 1998 ) and β-lactam-resistant mutants (Drusano et al. 2012 ), or both (Zinner et al. 1986 ).

2. Combinations of β-lactams with fluoroquinolones prevent the emergenceoffluoroquinolone- resistant mutants (Lister et al. 2006; Louie et al. 2010 ), combinations of β-lactams with colistin prevent the emergence of fluoroquinolone resistant mutants (Gunderson et al. 2003; Bergen et al. 2011).

3. the combination of a carbapenem with an aminoglycoside or fluoroquinolonecan be effective in killing and preventing resistance emergenceeven for strains that are not susceptible to one or both agents (Lister et al. 2006); similar observations have been made with colistin and a carbapenem for a colistin-resistant strain (Bergen et al. 2011).

4. Killing can occur even when the combination of a β-lactam and aminoglycosideare below the MICs throughout (den Hollander et al. 1997).

5. etc…

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L'association d'antibiotiques diminue le

risque de résistance in vivo

(souris neutropénique)

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36 similar studies with a large number of antibiotics

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Data with a pharmacodynamic model of infected fibrin clot

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Houlihan HH, Stokes DP, Rybak MJ (2000) Pharmacodynamics of vancomycin and ampicillinalone and in combination with gentamicin once daily or thrice daily against Enterococcus faecalisin an in vitro infection model. J Antimicrob Chemother 46:79–86

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Data with a pharmacodynamic model of infected fibrin clot

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Houlihan HH, Stokes DP, Rybak MJ (2000) Pharmacodynamics of vancomycin and ampicillinalone and in combination with gentamicin once daily or thrice daily against Enterococcus faecalisin an in vitro infection model. J Antimicrob Chemother 46:79–86

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Data with a pharmacodynamic model of infected fibrin clot

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Houlihan HH, Stokes DP, Rybak MJ (2000) Pharmacodynamics of vancomycin and ampicillinalone and in combination with gentamicin once daily or thrice daily against Enterococcus faecalisin an in vitro infection model. J Antimicrob Chemother 46:79–86

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Data with a pharmacodynamic model of infected fibrin clot

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Houlihan HH, Stokes DP, Rybak MJ (2000) Pharmacodynamics of vancomycin and ampicillinalone and in combination with gentamicin once daily or thrice daily against Enterococcus faecalisin an in vitro infection model. J Antimicrob Chemother 46:79–86

Many similar studies for• Strepcococci (viridans)• Staphylococci

Animal studies and clinical experience for• Pseudomonas infections• endocarditis

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A conclusion that calls for the future

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a discuter …au tableau …

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Modèles de biofilms…

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2-3 nov 2017 Pharmacocinétique/pharmacodynamie (PK/PD) des antibiotiques 14

Biofilms: what are we speaking about ?

http://www.bayarealyme.org/blog/straight-talk-biofilms-new-answer-treating-lyme-disease/Last visited: 28 Sep 2017

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Biofilms in human infections

aCDC 1999; bLewis et al, Nat Rev Microbiol. 2007; 5:48-56

earnosethroat

mouth & teetheyelungheart

kidneygall bladderpancreas

nervous systemskinbone***

implanted medical devices

Biofilms are associated to 65a-80b % of human infections and can colonize virtually all organs …

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Biofilms: what can you do ?

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https://mybiohack.com/blog/biofilms-inhibit-quorum-sensing-epsLast visited: 28 Sep 2017

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PK/PD parameters in biofilms

catheter, bone, skin, cardiac valve, …

nutrients &

oxygen

pharmacokinetics

diffusibility through the matrix bioavailability within the biofilm access to bacteria efflux out of bacteria

pharmacodynamics

bacterial responsiveness(metabolic activity of bacteria) antibiotic expression of activity(local environment [O2, pH, ..])

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Pharmacodynamic model for antibiotic activity

An example with a young biofilm of S. aureus - ATCC MSSA

vancomycin

CT0

20

40

60

80

100

120

RFCV

-0.5 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0log10 concentration (X MIC)

% c

ontr

ol v

alue

Bauer, Siala et al, Antimicrob Ag Chemother. 2013;57:2726-37 – PMID: 23571532

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Pharmacodynamic model for antibiotic activity

An example with a young biofilm of S. aureus - ATCC MSSA

vancomycin

CT0

20

40

60

80

100

120

RFCV

-0.5 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0log10 concentration (X MIC)

% c

ontr

ol v

alue

C25-50-75« rel. potency »

Bauer, Siala et al, Antimicrob Ag Chemother. 2013;57:2726-37 – PMID: 23571532

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Pharmacodynamic model for antibiotic activity

An example with a young biofilm of S. aureus - ATCC MSSA

vancomycin

CT0

20

40

60

80

100

120

RFCV

-0.5 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0log10 concentration (X MIC)

% c

ontr

ol v

alue

Emax « efficacy »

C25-50-75« rel. potency »

Bauer, Siala et al, Antimicrob Ag Chemother. 2013;57:2726-37 – PMID: 23571532

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Pharmacodynamic model for antibiotic activity

Young vs. mature biofilm of S. aureus - ATCC MSSA

vancomycin vs mature biofilm (24h)

0

20

40

60

80

100

120

-0.5 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0

RFCV

log10 concentration (X MIC)

% c

ontro

l val

ue

CT

vancomycin vs. young biofilm (6h)

0

20

40

60

80

100

120

-0.5 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0

RFCV

log10 concentration (X MIC)

% c

ontro

l val

ue

CT

Emax

C25-50-75

Bauer, Siala et al, Antimicrob Ag Chemother. 2013;57:2726-37 – PMID: 23571532

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2-3 nov 2017 Pharmacocinétique/pharmacodynamie (PK/PD) des antibiotiques 22

Pharmacodynamic model for antibiotic activity

Young vs. mature biofilm of S. aureus - ATCC MSSA

vancomycin vs mature biofilm (24h)

0

20

40

60

80

100

120

-0.5 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0

RFCV

log10 concentration (X MIC)

% c

ontro

l val

ue

CT

vancomycin vs. young biofilm (6h)

0

20

40

60

80

100

120

-0.5 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0

RFCV

log10 concentration (X MIC)

% c

ontro

l val

ue

CT

Emax

C25-50-75

Bauer, Siala et al, Antimicrob Ag Chemother. 2013;57:2726-37 – PMID: 23571532

most antibiotics act poorlyon mature biofilms, but some may do better than others …

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Delafloxacin, a new fluoroquinolone

Van Bambeke F. Future Microbiology: Drug Evaluation review (2015) 10:1111–1123 – PMID: 26119479

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2-3 nov 2017 Pharmacocinétique/pharmacodynamie (PK/PD) des antibiotiques 24

Comparison of antibiotic activity in confocal microscopy

Live/dead staining (antibiotics at 32 X MIC) – ATCC MRSA

Bauer, Siala et al, Antimicrob Ag Chemother. 2013;57:2726-37 – PMID: 23571532

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When one antibiotic (even at a large dose) is not enough…

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https://www.pinterest.com/pin/433682639086749225/Last visited: 28 Sep 2017

https://de.wikipedia.org/wiki/Heinrich_von_OpelLast visited: 22 Oct 2016

why not combing them at their normal (and safe) human

doses ?

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2-3 nov 2017 Pharmacocinétique/pharmacodynamie (PK/PD) des antibiotiques 26

The CDC reactor:Biofilms are grown on 12.7 mm diameter coupons, suspended in the bulk fluid by eight coupon holders and then exposed to antibiotic concentrations mimicking their human pharmacokinetics

fusidic acid (FUS)

0 4 8 12 16 20 240

10

20

30

40

50 theor.exper.

Time (h)

FUS

conc

(mg/

L)

daptomycin (DAP)

0 4 8 12 16 20 240

2

4

6

8

10theor.exper.

Time (h)

DA

P co

nc (m

g/L)

linezolid (LZD)

0 4 8 12 16 20 240

5

10

15

20

25 theor.exper.

Time (h)

LZD

con

c (m

g/L)

vancomycin (VAN)

0 4 8 12 16 20 240

5

10

15

20

25 theor.exper.

Time (h)

VAN

con

c (m

g/L)

Siala et al. 2016 ESCMID Conference on Antimicrobial resistance in microbial biofilms and options for treatment, Ghent, Belgium, 5-7 October 2016 - poster

Combining antibiotics in a dynamic model

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2-3 nov 2017 Pharmacocinétique/pharmacodynamie (PK/PD) des antibiotiques 27

The CDC reactor:Biofilms are grown on 12.7 mm diameter coupons, suspended in the bulk fluid by eight coupon holders and then exposed to antibiotic concentrations mimicking their human pharmacokinetics

-20 -16 -12 -8 -4 0 4 8 12 16 20 24

3.5

4.5

5.5

6.5

7.5

8.5CTRL FUS

Drug phaseconditioning phase

FUS+LZDLZD

VAN FUS+VANDAP FUS+DAP

ATCC25923

time (h)

log 1

0 C

FU/m

l

Siala et al. 2016 ESCMID Conference on Antimicrobial resistance in microbial biofilms and options for treatment, Ghent, Belgium, 5-7 October 2016 - poster

Combining antibiotics in a dynamic model

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2-3 nov 2017 Pharmacocinétique/pharmacodynamie (PK/PD) des antibiotiques 28

The CDC reactor:Biofilms are grown on 12.7 mm diameter coupons, suspended in the bulk fluid by eight coupon holders and then exposed to antibiotic concentrations mimicking their human pharmacokinetics

-20 -16 -12 -8 -4 0 4 8 12 16 20 24

3.5

4.5

5.5

6.5

7.5

8.5CTRL FUS

Drug phaseconditioning phase

FUS+LZDLZD

VAN FUS+VANDAP FUS+DAP

ATCC25923

time (h)

log 1

0 C

FU/m

l

antibiotics alone

Siala et al. 2016 ESCMID Conference on Antimicrobial resistance in microbial biofilms and options for treatment, Ghent, Belgium, 5-7 October 2016 - poster

Combining antibiotics in a dynamic model

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2-3 nov 2017 Pharmacocinétique/pharmacodynamie (PK/PD) des antibiotiques 29

The CDC reactor:Biofilms are grown on 12.7 mm diameter coupons, suspended in the bulk fluid by eight coupon holders and then exposed to antibiotic concentrations mimicking their human pharmacokinetics

-20 -16 -12 -8 -4 0 4 8 12 16 20 24

3.5

4.5

5.5

6.5

7.5

8.5CTRL FUS

Drug phaseconditioning phase

FUS+LZDLZD

VAN FUS+VANDAP FUS+DAP

ATCC25923

time (h)

log 1

0 C

FU/m

l

antibiotics alone

antibiotics combined

Siala et al. 2016 ESCMID Conference on Antimicrobial resistance in microbial biofilms and options for treatment, Ghent, Belgium, 5-7 October 2016 - poster

Combining antibiotics in a dynamic model

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Biofilms: what can you do next ?

2-3 nov 2017 Pharmacocinétique/pharmacodynamie (PK/PD) des antibiotiques 30

https://mybiohack.com/blog/biofilms-inhibit-quorum-sensing-epsLast visited: 28 Sep 2017

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2-3 nov 2017 Pharmacocinétique/pharmacodynamie (PK/PD) des antibiotiques 31

Biofilm matrix: what is it made of ?

Rabin et al., Future Med. Chem. 2015; 7:493–512

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An unanticipated observation !

Siala et al, Nature Communications 2016; 7:13286 – PMID: 27808087

http://www.nature.com/articles/ncomms13286

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2-3 nov 2017 Pharmacocinétique/pharmacodynamie (PK/PD) des antibiotiques 33

Caspofungin increases fluoroquinolone activity in vitro and in vivo

Caspofungin makes fluoroquinolones active at lower concentrationsSiala et al, Nature Communications 2016; 7:13286 – PMID: 27808087

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2-3 nov 2017 Pharmacocinétique/pharmacodynamie (PK/PD) des antibiotiques 34

Caspofungin increases fluoroquinolone penetration

Biofilm depth (μm)

living bacteria

dead bacteria

delafloxacin

Siala et al, Nature Communications 2016; 7:13286 – PMID: 27808087

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2-3 nov 2017 Pharmacocinétique/pharmacodynamie (PK/PD) des antibiotiques 35

Effect of caspofungin on PNAG in biofilm matrix

CAS poly-N-acetylglucosamine content in biofilms

Poly-N-acetylglucosamine (PNAG)

a) Immunoblot analysis of PNAG purified from biofilms.

b) Determination of N-acetyl-glucosamine (GlcNAc) concentration

Siala et al, Nature Communications 2016; 7:13286 – PMID: 27808087