ECOLE NATIONALE VETERINAIRE TOULOUSE Le site dinfection Pour

ECOLE NATIONALE VETERINAIRE TOULOUSE Le site d’infection Pour aller sur notre site si vous avez récupéré nos diapositives ailleurs Update mars 2012 PL Toutain; Ecole Vétérinaire de Toulouse P. L. TOUTAIN 1

Les 3 questions auxquelles on doit répondre avant d’entreprendre une antibiothérapie 1. 2. 3. Où se trouve le site d’action de l’antibiotique (biophase) Où est localisé le pathogène: en intra- ou en extracellulaire ? Quelle est la signification thérapeutique des concentrations tissulaires? PL Toutain; Ecole Vétérinaire de Toulouse 2

Q 1: où est localisé le pathogène PL Toutain; Ecole Vétérinaire de Toulouse Ispaïa 2010 -3

Le site d’infection • Point de départ: toujours tissulaire • La bactériémie: présence transitoire de bactéries dans le sang correspondant au passage du pathogène du foyer initial d’infection vers la circulation • La voie sanguine assure la diffusion de l’infection • La multiplication du pathogène dans le sang est minimale ou nulle PL Toutain; Ecole Vétérinaire de Toulouse 4

Le cas des mammites Pathogènes Lait Canaux Parenchyme Vache Inf. systèmique Streptococcus agalactiae +++ - - Streptococcus spp +++ + - + +++ - - Coliformes + - +++ Mycoplasmes, autres GN - - +++ Staphylococcus aureus Staphylococcus spp PL Toutain; Ecole Vétérinaire de Toulouse 5

Localisation des pathogènes Liquide interstitiels Cellule La plupart des pathogènes • S. Pneumoniae, E. Coli, Klebsiella (le plus souvent des phagocytes) • • • Mannhemia ; Pasteurella • • • Actinobacillius pleuropneumoniae • • • Mycoplasma hyopneumoniae • • • Bordetalla bronchiseptica Mycoplasma (some) Chlamydiae Brucella Cryptosporidiosis Listeria monocytogene Salmonella Mycobacteria Rhodococcus equi 6

Q 2: où est la biophase PL Toutain; Ecole Vétérinaire de Toulouse Ispaïa 2010 -9

La concentration plasmatique libre de l’antibiotique est celle qui contrôle la concentration de la biophase AB Liée AB liée Diffusion/perméabilité AB Libre Bactérie Barrières - physiologiques: cerveau, prostate, rétine - Pathologiques (caillot, abcès, …) AB libre LEC = biophase AUClibre plasma = AUC libre LEC (biophase) PL Toutain; Ecole Vétérinaire de Toulouse Cellule Cytosol L L organites 10

Activité des antibiotiques selon la localisation intra- ou extracellulaire du pathogène Modèle in vitro où la même quantité d’antibiotique a été ajoutée pour voir l’efficacité sur Legionella (intracellulaire) ou sur S. aureus (extracellulaire) dans une suspension de macrophages, fibroblastes, PNN. . ; Même quantité d’antibiotique ajoutée S. aureus, legionella pneumonia, en suspension Concentrations (µg/m. L) Activité S. Aureus Amoxicilline 0. 94 Legionella ND non Erythromycine 0. 08 0. 88 oui non Clarithomycine 0. 37 0. 66 oui Extracellaire Scanglione et al. 1992 Intracellulaire PL Toutain; Ecole Vétérinaire de Toulouse oui Extracellulaire 12

Dans les infections aiguës des tissus non spécialisés, et en absence d’abcès, les concentrations plasmatiques libres en antibiotique sont similaires aux concentrations dans la biophase et elles servent de marqueur d’exposition PL Toutain; Ecole Vétérinaire de Toulouse 13

Les indices PK/PD sont tous basés sur des concentrations plasmatiques libres et non tissulaires PL Toutain; Ecole Vétérinaire de Toulouse 14

Conséquence de la localisation extracellulaire de la plupart des pathogènes: la non signification thérapeutiques des concentrations tissulaires totales • Comparison of tissue concentrations with MIC should be strongly discouraged (O. Cars 1997) • The best surrogate marker is the plasma free antibiotic concentration PL Toutain; Ecole Vétérinaire de Toulouse 15

2. Les sites subcellulaires d’infection pour les pathogènes intracellulaires facultatifs & obligatoires PL Toutain; Ecole Vétérinaire de Toulouse 16

Les sites d’infection possibles Intracellulaires (obligatoires) • 3 localisations possibles despathogènes Chlamydiae Rickettsia Brucella Lawsonia intracellularis (enterite proliferative du porc) Rhodococcus equi Extracellulaires S. pneumoniae E. coli Klebsiella Mannhemia; pasteurella Actinobacillius pleuropneumoniae Mycoplasma hyopneumoniae Bordetala bronchoseptica Intracellular (facultatifs) S. aureus (mammites) S. typhi Listeria Mycobacterium tuberculosis Streptococcus suis 17

Le site d’infection pour les pathogènes intracellulaires facultatifs • Développement initial dans l’espace interstitiel • Phagocytoses par les neutrophiles et les macrophages • Survie du germe aux mécanismes de destruction des phagocytes • Peuvent survivre dans les phagocytes (et même s’y multiplier) PL Toutain; Ecole Vétérinaire de Toulouse 18

Les pathogènes intracellulaires obligatoires – Sont incapables de se répliquer en dehors d’une cellule hôte – La cellule assure le support nutritif pour la croissance du germe PL Toutain; Ecole Vétérinaire de Toulouse 19

Localisation intracellulaire des pathogènes Fusion 3 Phagosome 1 B Lysosome B p. H=7. 4 4 B B Chlamydiae 2 B No fusion with lysosome Phagolysosome B S. aureaus B Brucella B Salmonella Coxiella burneti p. H=5. 0 Listeria Cytosol PL Toutain; Ecole Vétérinaire de Toulouse 20

Aspects cinétiques pour une antibiothérapie intracellulaire 1. 2. 3. 4. Quels sont les antibiotiques qui passent dans les cellules ? Où se localise l’antibiotique dans la cellule Quelle est l’activité de l’antibiotique dans un milieu intracellulaire ? Quelle est la coopération entre l’antibiotique et les mécanismes de défense des cellules (cytokines)? PL Toutain; Ecole Vétérinaire de Toulouse 21

Localisation intracellulaire des antibiotiques Phagolysosome Cytosol p. H=7. 4 volume 1 to 5% of cell volume Fluoroquinolones(x 2 -8) beta-lactams (x 0. 2 -0. 6) Rifampicin (x 2) Aminoglycosides (slow) p. H=5. 0 Macrolides (x 10 -50) Aminoglycosides (x 2 -4) Ion trapping for weak base with high p. Ka value PL Toutain; Ecole Vétérinaire de Toulouse 22

Activité des AB dans le milieu intracellulaire Phagolysosome Cytosol p. H=7. 2 Fluoroquinolones beta-lactams Rifampicin Aminoglycosides Good PL Toutain; Ecole Vétérinaire de Toulouse Macrolides Aminoglycosides Low or nul 24

Coopération de l’antibiotique avec les mécanismes de défense cellulaires Dans l’endosomes: probable Dans le cytosol • inprobable Cytosol Dans le phagolysosome • Très variable Dans le phagosome probable Myéloperoxydase acidité, protéines cationiques. . . 28

La question des concentrations tissulaires (totales) en antibiotique PL Toutain; Ecole Vétérinaire de Toulouse Ispaïa 2010 -29

La communication des firmes pharmaceutiques sur les concentrations totales en antibiotique dans un tissu Nombreuses publications en MV pour promouvoir l’idée que les antibiotiques ayant des concentrations tissulaires totales élevées (quinolones et surtout, macrolides) sont plus efficaces que ne le suggèrent les faibles concentrations plasmatiques Tulathromycine PL Toutain; Ecole Vétérinaire de Toulouse Ispaïa 2010 -30

Ne pas confondre science, publicité rédactionnelle et marketing Vrai mais les pathogènes ne sont pas là PL Toutain; Ecole Vétérinaire de Toulouse Ispaïa 2010 -31

Ne pas confondre science, publicité rédactionnelle et marketing pour la tildipirosine PL Toutain; Ecole Vétérinaire de Toulouse Ispaïa 2010 -32

Ne pas confondre science, publicité rédactionnelle et marketing pour la marbofloxacine PL Toutain; Ecole Vétérinaire de Toulouse Ispaïa 2010 -33

Considérations marketing • Il est plus facile de promouvoir la vente d’un macrolide en vantant ses grandes concentrations tissulaires qu’en expliquant pourquoi de faibles concentrations plasmatiques sont efficaces PL Toutain; Ecole Vétérinaire de Toulouse 34

Que disent les scientifiques? PL Toutain; Ecole Vétérinaire de Toulouse 35

Statements such as ‘concentrations in tissue x h after dosing are much higher than the MICs for common pathogens that cause disease’ are meaningless Mouton & al JAC 2007 PL Toutain; Ecole Vétérinaire de Toulouse 36

Cliquer sur l’image pour télécharger tout l’article PL Toutain; Ecole Vétérinaire de Toulouse 37

Pourquoi une concentration tissulaire totale n’a pas de signification thérapeutique • Elle est obtenue sur un homogénat tissulaire • l’AB n’est pas réparti de façon homogène dans un tissu (LEC vs. intracellulaire) et à l’intérieur de la cellule, la répartition peut être très hétérogène (cytosol vs phagolysosome) • Il en résulte qu’une concentration tissulaire totale peut tout aussi bien sous-estimer (bêtalactamines, aminoglycosides) que surestimer (quinolones, macrolides) les concentrations de la biophase (généralement extracellulaire 38

Méthodes actuelles pour l’étude des concentrations tissulaires des antibiotiques PL Toutain; Ecole Vétérinaire de Toulouse 40

Microdialyse & ultrafiltration PL Toutain; Ecole Vétérinaire de Toulouse 41

Qu’est-ce que la microdialyse ? • La microdialyse est une technique mis en œuvre pour évaluer la concentration libre d’une substance (antibiotique) dans un liquide biologique qui baigne le pathogène (biophase) PL Toutain; Ecole Vétérinaire de Toulouse 42

Microdialyse: Principe • La sonde de microdialyse se comporte sur le plan des échanges avec le milieu extracellulaire comme un capillaire sanguin • Diffusion of drugs is across a semipermeable membrane at the tip of an MD probe implanted into the. Vétérinaire ISF ofde the tissue of interest. PL Toutain; Ecole • There is an exchange of substances via extracellular fluid Toulouse 43

Qu’avons-nous appris des études de microdialyse? PL Toutain; Ecole Vétérinaire de Toulouse 44

Concentration (ng/m. L) Similarité des concentrations libres de la substances (Moxifloxacine) et des concentrations dans les liquides interstitels du muscle et du tissu adipeux Total (plasma, muscle) free (plasma) interstitial muscle interstitial adipose tissue 1000 100 2 Muller AAC, 1999 6 10 12 20 30 40 PL Toutain; Time (h) Ecole Vétérinaire de Toulouse 45

Qu’avons-nous appris des études de microdialyse en cas d’inflammation? PL Toutain; Ecole Vétérinaire de Toulouse 46

Tissue concentrations of levofloxacin in inflamed and healthy subcutaneous adipose tissue Hypothesis: Accumulation of fibrin and other proteins, oedema, changed p. H and altered capillary permeability may result in local penetration barriers for drugs Inflammation No inflammation Methods: Free Concentrations measured by microdialysis after administration of a single intravenous dose of 500 mg. Results: The penetration of levofloxacin into tissue appears to be unaffected by local inflammation. Same results obtained with others quinolones Bellmann & al Br J Clin Pharmacol 2004 57 47

Qu’avons-nous appris des études de microdialyse en cas d’inflammation? • Une inflammmation aiguë a peu d’influence sur la pénétration tissulaire des antibiotiques • “These observations are in clear contrast to reports on the increase in the target site availability of antibiotics by macrophage drug uptake and the preferential release of antibiotics at the target site a concept which is also used as a marketing strategy by the drug industry” Muller & al AAC May 2004 PL Toutain; Ecole Vétérinaire de Toulouse 48

La question des concentrations pulmonaires en antibiotique PL Toutain; Ecole Vétérinaire de Toulouse 49

Cefpodoxime at steady state: plasma vs. ISF (muscle & Lung) Plasma Free plasma Muscle Lung Free muscle concentrations of cepodoxime were similar to free lung concentration and therefore provided a surrogate measure of cefpodoxime concentraion at the pulmonary target site PL Toutain; Ecole Vétérinaire de Liu et al. , JAC, 2002 50 Suppl: 19 -22. Toulouse 51

PL Toutain; Ecole Vétérinaire de Toulouse 52

• Fenestrated pulmonary capillary bed • expected to permit passive diffusion of antibiotics with a molecular weight 1, 000 The blood-alveolar barrier Alveolar macrophage Alveolar space ISF Epithelial lining fluid AB Capillary wall ELF AB Alveolar Epithelium Thigh junctions The alveolar epithelial cells would not be expected to permit passive diffusion of antibiotics between cells, the cells being linked by tight junctions PL Toutain; Ecole Vétérinaire de Toulouse 53

Conclusion 1: In acute infections, in non-specialized tissues (no barrier), where there is no abscess formation, free serum levels of antibiotics are good predictors of free levels in tissue fluid and must be used to establish PK/PD indices PL Toutain; Ecole Vétérinaire de Toulouse 54

• Conclusion 2 : Currently, no equivalent recommendation has been published with tissular concentration as PK input and that, for any tissue or any type of infection including intracellular infection. PL Toutain; Ecole Vétérinaire de Toulouse 55

Some statements on total tissular concentrations • For veterinary medicine (Apley, 1999) – people who truly understand tissue concentration work in corporate marketing departments • For human medicine (Kneer, 1993) – tissular concentrations are inherently inaccurate – tissular concentrations studies little contribute to the understanding of in vivo efficacy and optimal dosing PL Toutain; Ecole Vétérinaire de Toulouse 56

Tissue concentrations According to EMEA "unreliable information is generated from assays of drug concentrations in whole tissues (e. g. homogenates)" EMEA 2000 PL Toutain; Ecole Vétérinaire de Toulouse 57