El modelo EVPL proporciona una plataforma de ensayo de alto rendimiento, lo que permite examinar un gran número de aislados bacterianos para detectar la susceptibilidad a los antibióticos a la vez(Figuras 1 y 2)o detectar cepas contra un rango de concentraciones de antibióticos en un experimento(Figura 3). Con la práctica, hemos encontrado que aproximadamente 200 secciones de tejido bronquiolar se pueden preparar a partir de los pulmones en 2 horas. Todo el experimento para AST se puede completar dentro de las horas de trabajo normales. El crecimiento de los aislados de Pseudomonas aeruginosa y Staphylococcus aureus y el establecimiento de biopelículas de 48 h en el modelo es fiable y, cuando se monitoriza mediante un recuento celular viable, produce cargasbacterianas consistentes (Figuras 1 y 2). Se pueden encontrar imágenes de biopelículas asociadas a tejidos de Pseudomonas aeruginosa y Staphylococcus aureus cultivadas en EVPL, junto con protocolos de preparación para microscopía de luz y tinción histológica, en nuestras publicaciones21,23. Sin embargo, la reproducibilidad de los recuentos de UFC varía para diferentes especies bacterianas. Esto se puede cuantificar utilizando cálculos de repetibilidad estándar después de ANOVA25; Hemos encontrado que hay típicamente mayor variación entre la UFC en muestras pulmonares replicadas para S. aureus que para P. aeruginosa. Recomendamos que, al ser adoptada el modelo por un laboratorio, se realicen cálculos repetidos en experimentos piloto para optimizar las técnicas experimentales y determinar los tamaños de las muestras que se utilizarán en los experimentos finales (un ejemplo de esto se puede encontrar en el suplemento de datos para Sweeney et al26).
Cuando se cultivan en el EVPL, las biopelículas de P. aeruginosa y S. aureus demuestran una mayor tolerancia a los antibióticos en comparación con la susceptibilidad en el MIC de caldo estándar aprobado por la industria(Figura 1)y los ensayos de disco utilizando medios estándar(Figura 2). Los diversos efectos de los diferentes antibióticos sobre el biofilm establecido en EVPL son distinguibles, por ejemplo, la muerte de P. aeruginosa se logra en EVPL con 4-16X MIC ciprofloxacina pero no con 4-8X MIC cloranfenicol(Figura 1). Una dosis dos veces al día de linezolid de 600 mg alcanza una concentración sérica superior a laMIC 90 para patógenos susceptibles (4 μg/mL)27 y se considera una exposición adecuada sin efectos secundarios adversos28. Los datos presentados en la Figura 2 muestran que las poblaciones de S. aureus, susceptibles a linezolid en el ensayo de disco, son capaces de sobrevivir a concentraciones séricas objetivo, y superiores (12 μg/mL), en EVPL. No existe una correlación clara entre la MIC y los efectos antibióticos sobre las biopelículas cultivadas con EVPL para P. aeruginosa (Figura 1). Obtener una medida más precisa de la tolerancia a los antibióticos in vivo es importante porque la dosificación subóptima de los antibióticos podría aumentar el riesgo de selección de resistencia en la infección crónica.
Es bien sabido que el modo de crecimiento de la biopelícula puede reducir significativamente la susceptibilidad bacteriana a los antibióticos. Esto ha llevado al desarrollo de muchos ensayos de biopelículas in vitro y al uso de la concentración mínima de erradicación de biopelículas (MBEC)14,15 en lugar de mic como un predictor más preciso de la susceptibilidad en la infección crónica. También se ha recomendado el uso de SCFM (en diferentes formulaciones) para su uso en ensayos MIC o MBEC29. Aquí mostramos que incluso un ensayo in vitro optimizado no puede predecir con precisión la susceptibilidad de P. aeruginosa a la colistina en la EVPL. La cantidad de antibiótico necesaria para lograr la matanza de 3 log10 de bacterias cultivadas con EVPL es a menudo significativamente mayor que el MIC o el MBEC calculado a partir de ensayos in vitro estándar, incluso cuando se utiliza SCFM para estos ensayos(Figura 3). Esto es consistente con una revisión Cochrane que informó que las implementaciones actuales de las pruebas de susceptibilidad a las biopelículas in vitro no proporcionan ningún mayor poder predictivo para la prescripción de antibióticos en la FQ en comparación con las pruebas de susceptibilidad estándar16.
También es sencillo utilizar el modelo para evaluar el impacto de los antibióticos en las bacterias del biofilm a lo largo del tiempo, ya que se pueden inocular suficientes piezas de réplica de pulmón para permitir el muestreo destructivo. Además de distinguir las diferencias entre los agentes antimicrobianos, el modelo puede destacar los cambios en la susceptibilidad en diferentes etapas de crecimiento bacteriano o edad de la biopelícula y para diferentes intervalos de dosificación de antibióticos. La Figura 4 ilustra el aumento de la tolerancia de las biopelículas de P. aeruginosa al meropenem a medida que maduran. Esto podría ser útil para determinar la eficacia de nuevos agentes, por ejemplo, si son más eficaces durante la división celular rápida. También puede ser una consideración importante al establecer las restricciones de un experimento, ya que puede ser necesario estandarizar y validar la edad de la biopelícula para evitar que la edad influya en los resultados.
En la Figura 5,se midió la supervivencia de S. aureus a las 4 h y 24 h después de la exposición a flucloxacilina y fue posible observar diferencias en la reducción para los recuentos celulares bacterianos a través del tiempo y entre aislados. Esto puede ser útil para el desarrollo de fármacos, por ejemplo, al definir parámetros farmacocinéticos y farmacodinámicos o al dilucidar el modo de acción de un agente nuevo.
Las variaciones en la carga bacteriana a menudo aumentan con los tiempos de cultivo prolongados. Esto se puede ver en el control no tratado en la Figura 5 después del desarrollo de biopelículas de 48 h y una exposición adicional de 24 h para tener en cuenta el intervalo de dosificación de antibióticos. La variación es intrínseca al modelo; cada muestra pulmonar es independiente de otras y refleja la variación natural de los pulmones. Por lo tanto, es importante asegurarse de que se incluye un número suficiente de réplicas para permitir la validación y una interpretación precisa de los resultados. Remitimos al lector de nuevo a nuestra recomendación de realizar cálculos repetidos en los datos para permitir la selección de tamaños de muestra robustos.
Para simplificar, hemos presentado datos representativos tomados de secciones de tejidos replicados adquiridos de un solo par de pulmones en cada experimento, pero en la práctica es necesario realizar experimentos repetidos en secciones de tejido tomadas de animales replicados. Esto debe hacerse con el fin de tener en cuenta cualquier variación biológica entre cerdos individuales, y remitimos al lector a nuestro trabajo publicado para obtener ejemplos de cuán consistentes pueden ser los resultados entre los tejidos tomados de cerdos replicados y cómo se explica esta variación en el análisis estadístico de datos utilizando análisis de varianza (ANOVA)/modelos lineales generales (GLM)21,26.

Figura 1. CFU total de 11 aislantes clínicos de la pseudomonas aeruginosa de los CF se recuperó del modelo de EVPL después del tratamiento con los antibióticos. Resultados representativos del tratamiento antibiótico de P. aeruginosa en el modelo EVPL. Cada tensión fue crecida en el tejido de EVPL por 48 h entonces transferida al antibiótico (triángulos) o a PBS como control (círculos) para 18 h y el CFU/el pulmón determinado. El MIC para el antibiótico apropiado determinado en MHB catión-ajustado estándar se muestra entre paréntesis al lado de cada tensión (eje x). Las cepas se ordenan aumentando los valores de MIC. Los datos se analizaron mediante pruebas t cuando fue apropiado y pruebas U de Mann-Whitney para conjuntos de datos no paramétricos. Las diferencias significativas entre los tejidos tratados antibióticos y no tratados se denotan con asteriscos(P < 0,05). A. Se recuperaron recuentos viables de biopelículas de P. aeruginosa cultivadas en el modelo EVPL y tratadas con cloranfenicol de 64 μg/mL (valor de MIC más alto registrado). Para cada aislante, la diferencia mala estandardizada en CFU entre las secciones cloranfenicol-tratadas y no tratadas del tejido era calculada usando Cohen' s d. No había correlación entre el valor de MIC en la prueba estándar y la disminución de números viables de la célula en el modelo de EVPL según lo medido por d de Cohen (correlación espesa de Spearman, rs = 0,45, p = 0,16) B. Resultados de biopelículas de P. aeruginosa cultivadas en el modelo EVPL y tratadas con ciprofloxacina de 64 μg/mL (valor de MIC más alto registrado). Los valores por debajo de la línea discontinua estaban por debajo del límite de detección. Haga clic aquí para ver una versión más amplia de esta figura.

Figura 2. CFU total de 8 aislantes clínicos del cf del estafilococo áureo se recuperó del modelo de EVPL después del tratamiento con linezolid. Cada tensión fue crecida en el tejido de EVPL para 48 h entonces transferida al linezolid (triángulos) para 24 h o era no tratada como control (círculos). Se encontró que todas las cepas eran sensibles al linezolid utilizando el ensayo de difusión de disco estándar siguiendo las directrices30 de EUCAST (zona de inhibición > 21 mm). Los datos fueron analizados usando las t-pruebas cuando estaba apropiado y las pruebas de Mann-Whitney U para los conjuntos de datos no-paramétricos(P < 0,05). No se encontraron diferencias significativas entre los antibióticos tratados y no tratados para ninguna de las cepas. Los valores por debajo de la línea discontinua estaban por debajo del límite de detección. A. Resultados de biopelículas de S. aureus en el modelo EVPL tratadas con linezolid de 4 μg/mL (punto de interrupción clínico para sensible/resistente según la clasificación EUCAST31). B. Resultados de biopelículas de S. aureus en el modelo EVPL tratadas con linezolid de 12 μg/mL (datos reproducidos de Sweeney et al23). Haga clic aquí para ver una versión más amplia de esta figura.

Figura 3. Las cuentas de célula viables de la pseudomonas aeruginosa de la tensión pa14 del laboratorio y 4 aislantes clínicos de los CF se recuperaron del modelo de EVPL después del tratamiento con concentraciones cada vez mayores de colistin. Cada tensión fue crecida en el tejido de EVPL para 48 h entonces expuestas a la colistina para 18 H. El MIC determinado en el medio MHB estándar ajustado por cationes se muestra entre paréntesis junto al nombre de cada cepa. Las líneas verticales muestran el valor mbec determinado en MHB (sólido) y SCFM (discontinuo), con la excepción de SED6, en el que el valor era el mismo en ambos medios. Los puntos de datos no llenados representan la concentración más baja de colistina analizada que resultó en ≥ reducción de 3 log10 en UFC/pulmón en comparación con las muestras no tratadas (0 μg/mL de colistina) (datos reproducidos de Sweeney et al26). Haga clic aquí para ver una versión más amplia de esta figura.

Figura 4. Recuentos celulares de Pseudomonas aeruginosa viables representativas a partir de un curso temporal de crecimiento en el modelo EVPL de más de 24 h, y el tratamiento posterior con meropenem de 64 μg/mL. La cepa de laboratorio P. aeruginosa PA14 y 3 aislados clínicos cf fueron cultivados en el tejido EVPL durante el tiempo mostrado en el eje x, luego transferido a meropenem (triángulos) durante 24 h o dejado sin tratar como un control (círculos). El CFU/el pulmón entonces fue determinado. El MIC determinado en medio MHB ajustado por cationes se muestra entre paréntesis junto al nombre de cada cepa. Haga clic aquí para ver una versión más amplia de esta figura.

Figura 5. Recuentos de células de Staphylococcus aureus viables representativos después del crecimiento en el modelo EVPL luego tratado con flucloxacilina de 5 μg/mL durante un curso de tiempo de 24 h. La cepa control ATCC29213 y dos aislados clínicos de FQ fueron cultivados en tejido EVPL durante 48 h luego transferidos a flucloxacilina (triángulos) o dejados sin tratar como control (círculos) durante 4 h y 24 h, antes de que se determinara la UFC/pulmón (datos reproducidos de Sweeney et al23). Haga clic aquí para ver una versión más amplia de esta figura.
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