Pharmacodynamic in vitro studies contributing to the rational use of linezolid in infections by vancomycin resistant Enterococcus faecium

Abstract

Steigende Resistenzraten und der Mangel an neuen Antibiotika erfordern einen rationaleren Einsatz der vorhandenen Arzneistoffe wie z.B. Linezolid (LZD). Diese Arbeit untersuchte systematisch die Wirkung von Linezolid auf Vancomycin-resistenten Enterokokkus faecium (VRE, ATCC 700221) über einen breiten LZD-Konzentrationsbereich mit konstanten Bedingungen in einem statischen In-vitro-Modell und unter in-vivo-adaptierten, sich verändernden Arzneistoffkonzentrationen in einem dynamischen In-vitro-Modell. Die Bakterienauszählung wurde mittels eines digitalen automatischen Kolonienzählgeräts durchgeführt Die LZD-Konzentrationen wurden in den In-vitro-Versuchen routinemäßig gewonnen und bestimmt. Dies ermöglichte die Verknüpfung der beobachteten Wirkung mit den tatsächlichen Arzneistoffkonzentrationen und bestätigte außerdem die Robustheit der in den In-vitro-Modellen erzeugten Arzneistoffkonzentrationen. Für die Untersuchungen des Effekts von abnehmenden LZD-Konzentrationen auf VRE diente ein dynamisches In-vitro-Modell, das in der vorliegenden Arbeit weiter entwickelt und hinsichtlich Bakterienverlust und Bakterienwachstum in das Vorratsgefäß optimiert wurde. Die Zuverlässigkeit und Robustheit des dynamischen Modells wurde untersucht. Das Modell wurde zur Untersuchung des Bakterienwachstums unter veränderlichen Arzneistoffkonzentrationen genutzt, wobei verschiedene Wege der Arzneistoffgabe und unterschiedliche Abnahmen der Arzneistoffkonzentration angewendet wurden. Die Wirkung von LZD auf VRE wurde mittels Wachstumskurven und Analyse der relativen Bakterienreduktion analysiert. LZD-Konzentrationen von 1.5-1.7 µg/mL konnten als Schlüsselkonzentrationen mit überproportionaler Wirkungssteigerung identifiziert werden. Außerdem konnte durch Dosiseskalation keine Steigerung des maximalen Effekts, wie er für 8 µg/mL LZD beobachtet wurde, erreicht werden. Dieser maximale Effekt wurde nach 12 h erreicht, wobei weder die Art der Arzneistoffgabe noch ihr Abbau einen Einfluss hatten. Eine weitergehende Auswertung der Daten erfolgte mithilfe von verschiedenen mathematischen Modellen zur Beschreibung von Bakterienwachstum und -absterben. In computergestützten Simulationen wurde die Wirkung von verschiedenen Arzneistoffdosierungen vorhergesagt. In deterministischen Simulationen für einen typischen Patienten wurden mehrere verschiedene LZD-Dosierungen untersucht. Stochastische Simulationen wurden zur Abschätzung des Ausmasses der Wirkung in dieser Patientengruppe benutzt. Die Überprüfung der Standarddosierung von LZD (2x 600 mg) zeigte, dass diese Dosierung bei VRE-Infektionen in typischen Patienten angemessen ist. In einem Worst-Case-Szenario hinsichtlich des antibiotischen Effekt, wurde die Wirkung von LZD auf VRE in einem Patienten mit besonders ungünstige pharmakokinetische Eigenschaften simuliert. Dafür wurden verschiedene Dosierungsregime mit 1800 mg Tagesdosis und damit einer erhöhten antibiotischen Wirkung simuliert. Aufgrund der positiven ermittelten Effekte sollten in Zukunft klinische Studien zu diesen Dosierungsregimen durchgeführt werden.