Resistenz gegenüber Antimykotika

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1 Resistenz gegenüber Antimykotika Andreas H. Groll Infektiologisches Forschungsprogramm Knochenmarktransplantations-Zentrum und Pädiatrische Hämatologie/Onkologie Universitätsklinikum Münster

2 Invasive opp. Pilzinfektionen Wichtige Ursache von Morbidität und Mortalität abwehrgeschwächter Patienten Aetiologie Candida > Aspergillus (Cryptococcus) Epidemiologische Shifts Invasive Aspergillose Non-albicans Candida Infektionen Infektionen durch zuvor ungewöhnliche Pilzerreger

3 Antimykotisches Arsenal und Wirkmechanismen Zellmembran - Polyene > AmB Zellwand - Echinocandine > Caspofungin - Triazole > Fluconazol > Itraconazol > Voriconazol Nucleinsäure Synthese > Flucytosin

4 Resistenz gegenüber Antimykotika Resistenztestung Resistenzmechanismen Epidemiologie der Resistenz Konsequenzen für Labor und Klinik

5 Resistenztestung in vitro

6 Resistenz: Definitionen Klinische Resistenz Ausbleiben des Therapieerfolges trotz korrekter antimykotischer Therapie Mikrobiologische Resistenz Verminderte Aktivität antimykotischer Substanzen in vitro Primäre Resistenz Sekundäre Resistenz

7 Mikrobiologische vs. klinische Resistenz Substanz fungizid vs. statisch Dosierung Pharmakokinetik Interaktionen OUTCOME Erreger MHK Zelltyp Menge Biofilm Wirt Immunstatus Lokalisation Schweregrad Fremdmaterialien Non-Compliance

8 Pilze vs. Bakterien Wirt Prädominanz schwerer Immunsuppression Maximal limitierte Grundprognose Erreger Diploide genetische Information Längere Replikationszeit Fehlen genetischer Austauschmechanismen Fehlen Substanz-degradierender Enzyme Unklare Assoziation von Resistenz und Virulenz

9 Resistenztestung in vitro: Rationale Bestimmung der prinzipiellen Aktivität Validierte Methoden wichtig zur Erkennung resistenter klinischer Isolate Auswahl der optimalen Substanz Erfahrung der antibakteriellen Chemotherapie unterstellen besseres Outcome einer an der MHK ausgerichteten Therapie

10 Resistenztestung in vitro: Methoden Hefepilze: Standardisierte Reihendilutionsmethode verfügbar (NCCLS M27-A) Tentative Breakpoints für Fluconazol, Itraconazol, Flucytosin vs. Candida spp. Fadenpilze: Tentative Reihendilutionsmethode (NCCLS M38-P) Zahlreiche andere, z.t. standardisierte Methoden» Keine eigenständige in vitro / in vivo Korrelation» Z.T. Korrelation mit NCCLS (z.b. EUCAST)

11 Resistenztestung in vitro: Probleme Methodische Probleme» Trailing (Azole)» Medium, Endpunkte (AmB, Echinocandine)» Hohe intra- und interinstitutionelle Variabilität Korrelation mit Effektivität in vivo» beschränkt auf Azole und Candida und» Daten von HIV-infizierten Pt. mit chron. OPC» Mangel an outcome Daten von Isolaten mit erhöhten MHKs

12 In vitro / in vivo Korrelation: Die Regel Infektionen durch Bakterien (12 Studien) Therapieerfolg Empfindlich Resistent 4521/ / % 59 % P < Infektionen durch Pilze (13 Studien) * 838 / % 131 / % < FCZ, ITZ, KTZ; oberflaechliche (8) und invasive (3) Candida-Infektionen; Cr.neoformans Meningoenzephalitis (1); Histoplasmose (1) Rex & Pfaller CID 02

13 Pharmakodynamik in vitro

14 Pharmakodynamik in vitro: Methoden Bestimmung von MHK bzw. MFK Kinetik der Fungizidie time-kill assays Persistierende Effekte postantifungal effect subinhibitory effects in vitro PK/PD Modelle Mikroskopie, Vitalfärbungen, biochemische Tests

15 Pharmakodynamik systemischer Antimykotika in vitro Amphotericin Flucytosin Fluconazol Itraconazol, Voriconazol Time-Kill CA,CN: Fungizid AF: Fungizid CA,CN: Statisch CA,CN: Statisch CA,CN: Statisch AF: ± Fungizid PAFE CA,CN: 12 h CA,CN: 10 h CA,CN: 36 h * CA: 4 h (VCZ)* Caspofungin CA: Fungizid CA: 12 h * plus Serum; CA, Candida; CN, Cr.neoformans; AF, A.fumigatus Groll et al. 01

16 Pharmakodynamik in vitro: Limitationen Wichtige Informationen über Qualität und Zeitverlauf der intrinsischen Aktivität Grenzen: Technisch:» Fehlen allgemein akzeptierter Labormethoden Biologisch:» Hohe Variabilität zwischen verschiedenen Spezies und Isolaten der gleichen Spezies» Berücksichtigen nicht Pilzwachstum in vivo, Wirtsabwehr, pharmakokinetische Aspekte

17 Pharmakodynamik in vivo

18 Pharmakodynamik in vivo: Stellenwert Zentrale Rolle von Tiermodellen Hohes Ausmass der Kontrolle von Kovariablen Echte Quantifizierung des Outcomes Screening Modelle» Murine C.albicans thigh infection model» Murine C.albicans kidney target model Diskriminative Modelle» Murine model of disseminated candidiasis» Rabbit model of disseminated candidiasis» Rabbit model of invasive pulmonary aspergillosis

19 Pharmakodynamik in vivo: PK/PD Parameters Cmax / MIC Concentration AUC / MIC MIC T τ MIC Time [h]

20 Pharmakodynamik systemischer Antimykotika in vivo Amphotericin Flucytosin Fluconazol Itraconazol Voriconazol Caspofungin Candida Cmax/MIC * Ttau/MIC / AUC/MIC * AUC/MIC *??? Aspergillus? - -??? * Kidney target models Groll et al. 01

21 Resistenzmechanismen

22 Polyene: Resistenzmechanismen Reduzierter Ergosterolanteil Präsenz alternativer Sterole Komposition der Zellwand (?) Kleinberg & Finkelstein 84

23 Azole: Resistenzmechanismen Änderung der Sterolkomposition Änderung anderer Enzyme der Ergosterol-Biosynthese Genet. Veränderungen in Erg 11 Punktmutationen Überexpression Genamplifizierung Gesteigerter Efflux ABC Transporter (CDR Gene) Major Facilitators (MDR 1 Gen)

24 Echinocandine: Resistenzmechanismen Komposition der FKS-Gene (sekundäre R) 1,3-β-D-Glucan nicht essentiell (primäre R)

25 Kreuzresistenzen: Azole / Polyene Veränderungen in ERG 11 plus ERG 3: Azol und Polyen-Resistenz Lupetti et al.tmm 02

26 Kreuzresistenzen: Triazole der 1. und 2. Generation MHK90 [µg/ml] * VCZ PCZ RCZ ITZ FCZ C.albicans (660) C.parapsilosis (221) C.glabrata (217) C.tropicalis (139) C.krusei (33) FCZ-r C.albicans (12) > 8 > 8 > 8 > 8 > 128 Aspergillus spp. (198) * NCCLS Pfaller AAC 98 und 02

27 Epidemiologie der Resistenz

28 Primaere Resistenz Antreffen primär resistenter Pilzarten Hefepilze» C.krusei (C.glabrata) und FCZ» C. lusitaniae, Tr.asahii und AMB» Tr.asahii, Cr.neoformans, C.guiliiermondii und ECH Fadenpilze» A.terreus, Scedosporium spp. und AMB» Zygomyzeten, Fusarium spp. und ITC» Zygomyzeten und VCZ» Zygomyzeten, non-aspergillus Hyalohyphom. und ECH

29 Sekundaere Resistenz Selektion primär resistenter Pilzarten» 5-FC Monotherapie bei inv. Candidiasis» Prolongierte Azolgabe bei HIV und OPC» Prol. Azolprophylaxe bei HSZT und inv. Candidiasis» Prol. Azolprophylaxe bei CGD und pulm. Aspergillose Progressive, schrittweise Aenderung zellulärer Strukturen unter Exposition (Induktion)» Prolongierte Azolprophylaxe bei HIV und OPC

30 Sekundaere, induzierte Resistenz: HIV und OPC FLC ITC KEC AMB FLC Dosierung White et al.97 AAC

31 Candida-Oesophagitis: Impact von HAART CDC Spectrum of Disease Project; Kaplan et al., CID 2000

32 Invasive Candidiasis: Impact der FCZ-Prophylaxe Inv.Candidiasis / Mortalitaet: Gesamt-Mortalitaet: P<0.01 P= Marr et al. 00

33 Konsequenzen für Klinik und Labor

34 Epidemiologische Trends Gestiegene Häufigkeit invas. Pilzinfektionen Host-shift neutropen / nicht-neutropen Pathogen-shifts Gestiegene Häufigkeit v. non-albicans Candida spp.» C.glabrata, C.parapsilosis Gestiegene Häufigkeit von Fadenpilzinfektionen» Non-fumigatus Aspergillus spp.» Non-Aspergillus Fadenpilze Kao AS CID 99; Marr CID 02; Pfaller AAC 00

35 Hefepilz in Blutkultur: Therapeutisches Vorgehen Unkomplizierte Fungämie Amphotericin B ( mg/kg/d) * Caspofungin (70 / 50mg/d) Fluconazol (800 / 400mg/d) ** Haemodyn. Instabilität, persist. Fungämie, Progress Amphotericin B (1mg/kg/d) plus 5-FC (100mg/kg/d) Liposomales AmB (5 mg/kg/d) Voriconazol (2x6/2x4 mg/kg/d) ** Komb. AMB/CAS oder VCZ/CAS * Bei Intoleranz: LAMB; ** Pt. ohne Azolprophylaxe

36 Fadenpilz-kompatible Befunde: Therapeutisches Vorgehen Initialtherapie Amphotericin B (1-1.5 mg/kg/d) * Voriconazol (2x6/2x4 mg/kg/d; cave: Zygomyzeten!) ** Sekundärtherapie Caspofungin (70 / 50mg/d; cave: nur Aspergillus spp!) Itraconazol (2x200/1x200/d; cave: Zygomyzeten!) Liposomales Amphotericin B ( 5mg/kg/d) Voriconazol (2x6/2x4 mg/kg/d; cave: Zygomyzeten!) ** Komb. Aus AMB/CAS bzw. VCZ/CAS * Bei Intoleranz: LAMB ** Prophylaxe mit ITC??

37 Implikationen für mikrobiologische Diagnostik Diagnostik zur Erregersicherung Identifikation auf Species-Level Resistenztestung in vitro FCZ und 5-FC f. invasive Candida-Isolate Therapieversagen:» Invasive Candida-Isolate AMB / VCZ /CAS» Cr.neoformans FCZ, 5-FC, AMB» Invasive Aspergillus-Isolate AMB / VCZ / CAS Surveillance-Programme Perrea & Patterson 02; Rex & Pfaller 02

38 Zusammenfassung

39 Zusammenfassung (I) In vitro Resistenztestung Methodik / Standardisierung In vitro/in vivo Korrelation PK/PD Prinzipien Molekulare Resistenztestung Epidemiologische Surveillance Grundlagenkenntnisse Expression profiling Resistenz-Virulenz Biofilm

40 Zusammenfassung (II) Überlegter Einsatz exist. Substanzen Indikationen Dosierung Pharmakodynamik Kombinations-Therapien Neue Substanzen Neue Targets