Microbiología, Enfermedades Infecciosas, Antimicrobianos y Terapia Génica

En el ‘Encuentro de pares’ que tuvo lugar el pasado 29 de enero, en el Planetario de Pamplona, a través del proyecto Planeta STEM, Elhuyar y Bioaraba, estudiantes de secundaria y 11 personas investigadoras de Navarra y de Álava han intercambiado ideas con las que desarrollar diferentes proyectos.

En el acto han participado Javier Armentia, director del Planetario de Pamplona; Danel Solabarrieta, responsable de Elhuyar Zientzia Azoka; Ignacio Garitano, adjunto a la Dirección Científica del Instituto de Investigación Sanitaria Bioaraba; Estibalitz Orruño, coordinadora Científica del IIS Bioaraba y Marie Heguy-Urain, gestora de proyectos de ciudadanía de la Eurorregión.
Las y los estudiantes de Navarra y de Álava han recibido los consejos del personal investigador allí reunido, entre los que cabe destacar a Helena Barrasa, Miguel Ángel Morán y Jon Zárate, investigadores del IIS Bioaraba. Estos trabajos se presentarán en abril en la ‘Elhuyar Zientzia Azoka’ – Nafarroa | Feria Tecnociencia de Pamplona y en mayo en la ‘Elhuyar Zientzia Azoka’ de Bilbao.

Las y los jóvenes les han explicado el proyecto que están realizando y el personal investigador les han ofrecido algunas sugerencias y consejos, a través de su propia experiencia.
Gracias a esta iniciativa, el alumnado conoce de primera mano el trabajo de las y los investigadores, al mismo tiempo que recibe asesoramiento para desarrollar sus proyectos que presentará el 27 de abril en la feria ‘Elhuyar Zientzia Azoka’ – Nafarroa | Feria Tecnociencia de Pamplona y posteriormente en la ‘Elhuyar Zientzia Azoka’ de Bilbao, que se celebrará entre el 22 y el 25 de mayo.

La utilidad de una prueba diagnóstica depende de parámetros intrínsecos (como la Sensibilidad y Especificidad) y también de parámetros extrínsecos, como la probabilidad pre-test o riesgo individual de tener la enfermedad a estudio y/o prevalencia de la enfermedad en la población a la que va a aplicar dicha prueba.

A medida que la prevalencia de una enfermedad disminuye es probable que aumenten los falsos positivos. Es decir, para una prueba aplicada a una población con muy baja prevalencia de la enfermedad, un positivo, podría ser más probable que fuera falso que verdadero.

En estas circunstancias se buscan pruebas que sirvan para cribar, muy sensibles (capaces de detectar a los enfermos arrojando un resultado positivo del test). Como sabemos que dentro de esos positivos puede haber falsos, aplicaríamos después otra prueba muy específica para clasificar correctamente los resultados positivos en verdaderos positivos y falsos positivos.

Si una enfermedad es muy común (prevalente), es decir, que la probabilidad pre test es alta, podrían aumentar los resultados los falsos negativos.

En un paciente determinado, la prevalencia de la enfermedad se denomina probabilidad pre-test o previa. Es la probabilidad, basada en características demográficas y clínicas, de que un paciente concreto presente la enfermedad, estimada antes de efectuar la prueba.

En este trabajo que acaba de ser publicado y cuya autoría ha sido liderada por los facultativos del Laboratorio de Microbiología del Hospital Universitario Araba de Vitoria-Gasteiz e investigadores del Instituto de Investigación Sanitaria Bioaraba, Andrés Canut Blasco y Carmen Gómez González, se aplican estos conceptos de la teoría general sobre las pruebas diagnósticas al caso concreto de las pruebas más utilizadas en el diagnóstico microbiológico de la infección por el virus SARS-CoV-2.

Se han evaluado las pruebas de PCR, antígenos virales (Ag-RDT) y detección de anticuerpos, en función de la prevalencia en España en diferentes ámbitos durante 2020 y de la probabilidad pre-test según la situación clínica, edad y contactos del paciente.

La investigación concluye que la interpretación de los resultados no sólo depende del rendimiento de las pruebas, sino también de la prevalencia de la infección en diferentes ámbitos y/o momentos (cribados poblacionales, tomando como ejemplos algunos efectuados en el País Vasco, centros de salud en atención primaria, residencias de ancianos y servicios de urgencias hospitalarias) y de la probabilidad pre-test asociada al paciente antes de realizar la prueba.

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Las terapias basadas en el ARN mensajero (ARNm) llevan varias décadas en fase de desarrollo, pero ha sido a raíz de la pandemia de la COVID-19 cuando se ha comenzado a explotar todo su potencial. Los ácidos nucleicos, y más concretamente el ARNm, han pasado de ser una tecnología conocida casi exclusivamente en el ámbito científico a ser aplicada de manera generalizada a la población. Actualmente, la principal aplicación clínica del ARNm se centra en la inmunización frente al coronavirus, SARS-CoV-2; sin embargo, la elevada eficacia obtenida y, sobre todo, el excelente perfil de seguridad mostrado, están fomentando su extensión a otras aplicaciones más allá de las enfermedades infecciosas.

El grupo de investigación Farmacocinética, Nanotecnología y Terapia Génica (PharmaNanoGene) de la Universidad del País Vasco UPV/EHU, cuyo personal investigador se encuentra adscrito al grupo Microbiología, Enfermedades Infecciosas, Antibioterapia y Terapia Génica del Instituto de Investigación Sanitaria Bioaraba, lleva años trabajando en el campo de la terapia génica, y, en concreto, en el desarrollo de sistemas de administración de ácidos nucleicos. Este grupo de investigación posee varias patentes y tiene una larga experiencia en el desarrollo de nanopartículas lipídicas similares a las utilizadas en las vacunas de ARNm de Pfizer y Moderna, aplicándolas, en su caso, al tratamiento de enfermedades oculares y enfermedades raras. En los últimos años, el equipo viene trabajando en el diseño de estas nanopartículas como medio de administración de ARNm.

Entre las aplicaciones para las que el grupo PharmaNanoGene está buscando nuevas estrategias terapéuticas basadas en ARNm se encuentra la inflamación corneal, patología bastante frecuente que puede ser causada por numerosos factores, como infecciones, sequedad ocular, daños físicos provocados, por ejemplo, por el excesivo uso de lentillas o daños provocados por sustancias químicas. Los síntomas de la inflamación corneal pueden ir desde un molesto dolor ocular y lagrimeo hasta situaciones más graves, en las que se puede llegar a perder la vista.
En la actualidad, el tratamiento de la inflamación corneal se basa en la administración de glucocorticoides, que tienen una gran capacidad antiinflamatoria, pero para que sean eficaces es necesario administrarlos de manera frecuente durante largos periodos de tiempo, y eso conlleva riesgos asociados como el aumento de la presión intraocular o la aparición de cataratas.
Una alternativa a este tratamiento podría ser el uso de la interleuquina-10 (IL-10), una molécula producida de manera natural por diversas células de nuestro cuerpo, con un gran poder antiinflamatorio. Esta interleuquina podría sintetizarse químicamente como fármaco y administrarla a nivel ocular para tratar la inflamación corneal, pero esto no es tan sencillo, ya que llegaría en cantidades muy pequeñas a las células de la córnea y se eliminaría muy rápidamente. Sin embargo, se podría administrar el ARNm que sintetice la IL-10, para que éste sea captado por las células de la córnea, y sean éstas las que produzcan esa interleuquina, como ocurre de manera natural en el organismo.

En este sentido, el personal investigador del grupo PharmaNanoGene, en colaboración con investigadores de la Universidad de Turín, han diseñado un sistema nanoparticulado que contiene el ARNm de la IL-10 formulado en forma de colirio para poder ser administrado por el o la paciente directamente en la córnea. Las nanopartículas lipídicas sintetizadas se han evaluado inicialmente en diferentes líneas celulares y, posteriormente, en ratones.

Los resultados del estudio se han publicado recientemente¹, y han demostrado que tras la administración del colirio conteniendo las nanopartículas lipídicas con el ARNm de IL-10, las células de la córnea son capaces de producir la interleuquina antiinflamatoria. En palabras de las investigadoras Ana del Pozo y Marian Solinis, “los resultados de este trabajo abren la puerta a nuevas aplicaciones del ARNm fuera del campo de las vacunas”.

¹Gómez-Aguado I, Rodríguez-Castejón J, Beraza-Millor M, Vicente-Pascual M, Rodríguez-Gascón A, Garelli S, Battaglia L, Del Pozo-Rodríguez A, Solinís MÁ. mRNA-Based Nanomedicinal Products to Address Corneal Inflammation by Interleukin-10 Supplementation. Pharmaceutics. 2021 Sep 15;13(9):1472. doi: 10.3390/pharmaceutics13091472.

En ocasiones, puede parecernos que los trabajos de investigación que se realizan en los laboratorios de las universidades, hospitales, centros de investigación…, tienen poca o ninguna aplicación en nuestro día a día. Suenan demasiado complejos, con términos demasiado técnicos, y su aplicación parece no ir más allá de satisfacer el propio conocimiento de los y las participantes de esa investigación.

Sin embargo, la interacción entre equipos de investigación básica y clínica, permite la traslación de ese conocimiento a la práctica asistencial. Y así lo demuestra un estudio realizado de forma conjunta por investigadores e investigadoras del grupo Farmacocinética, Nanotecnología y Terapia Génica (PharmaNanoGene) de la Universidad del País Vasco UPV/EHU, y de los Servicios de Medicina Intensiva y Microbiología del Hospital Universitario de Araba (HUA), adscritos al Instituto de Investigación Sanitaria Bioaraba.

El equipo investigador clínico estaba interesado en evaluar si las concentraciones en sangre de ceftarolina, un antibiótico utilizado para el tratamiento de la neumonía adquirida en la comunidad y de infecciones complicadas de piel y tejidos blandos, alcanzan o no niveles suficientes que garanticen su eficacia en pacientes de los Servicios de Medicina Intensiva (pacientes críticos). El interés de este estudio se debe a que, en estos pacientes, las concentraciones de fármacos en sangre son muy variables, ya que están condicionadas por su complicada situación fisiopatológica. Se sabe que entre el 20 % y 65 % de los pacientes críticos, presentan aclaramiento renal aumentado, es decir, eliminan muy rápidamente los fármacos del organismo, con el consiguiente riesgo de ineficacia terapéutica. Esto es particularmente importante en el caso de los antimicrobianos que se eliminan por el riñón y cuya actividad depende del tiempo durante el cual las concentraciones en sangre se mantienen por encima de un determinado valor, que depende del microorganismo responsable de la infección. Este es el caso del antibiótico conocido como ceftarolina, cuya excreción renal es de aproximadamente el 64 % de la dosis que se administra, y por tanto, dependiendo de la funcionalidad renal del paciente, el antibiótico permanece en sangre más o menos tiempo. En estos casos, la monitorización de niveles de ceftarolina en sangre en estos pacientes permitiría la optimización del régimen de dosificación, para de este modo, evitar el fracaso terapéutico.

Para poder monitorizar los niveles de antibióticos en sangre, es necesario disponer de una técnica analítica validada. En este contexto, el grupo PharmaNanoGene ha desarrollado un método simple y rápido, basado en cromatografía líquida de alta eficacia (HPLC) con detección ultravioleta para cuantificar ceftarolina en sangre de pacientes¹. La técnica analítica se validó de acuerdo a las guías de la Agencia Europea del Medicamento (EMA) y la Agencia Americana del Medicamento (FDA), y se aplicó para caracterizar el perfil farmacocinético en dos pacientes críticos adultos tratados con este antibiótico, comprobándose su efectividad. Debido a su sencillez y rapidez, este método es fácilmente aplicable para la monitorización de niveles de antibiótico en plasma y reajuste de la dosis conforme sea necesario.

Referencia:
¹Alarcia-Lacalle, A.; Barrasa, H.; Maynar, J.; Canut-Blasco, A.; Gómez-González, C.; Solinís, M.Á.; Isla, A.; Rodríguez-Gascón, A. Quantification of Ceftaroline in Human Plasma Using High-Performance Liquid Chromatography with Ultraviolet Detection: Application to Pharmacokinetic Studies. Pharmaceutics 2021, 13, 959. https://doi.org/10.3390/pharmaceutics13070959

El neumococo (Streptococcus pneumoniae) es un microorganismo que forma parte de la microbiota del tracto respiratorio superior del ser humano y que causa un gran número de procesos infecciosos invasivos y no invasivos en la población. La infección más grave se conoce como la enfermedad neumocócica invasiva (ENI). La vacunación es la medida más efectiva para su prevención, y se lleva a cabo mediante los programas de vacunación infantil y del adulto mayor de 65 años.

La implantación de las vacunas neumocócicas conjugadas (VNC) ha implicado un desplazamiento o cambio de los serotipos de neumococo causantes de estas infecciones, de tal forma que, actualmente, los principales responsables de las infecciones son los serotipos no incluidos en las vacunas. Además, se ha producido un cambio en los patrones de sensibilidad de este microorganismo a los medicamentos antimicrobianos. Por tanto, la implantación de programas de vigilancia epidemiológica que también incluyan la evaluación de la idoneidad de los antibióticos utilizados para el tratamiento de estas infecciones adquiere una gran relevancia. En este sentido, el análisis farmacocinético/farmacodinámico (PK/PD) y la simulación de Montecarlo (un modelo matemático) son herramientas muy útiles para optimizar la terapia antimicrobiana, ya que integran el perfil farmacocinético del antibiótico, es decir, la evolución temporal de las concentraciones del fármaco en los diversos tejidos del organismo, y su actividad farmacodinámica, entendida como la sensibilidad del microorganismo al fármaco antimicrobiano, expresada como concentración mínima inhibitoria (CMI). Mediante esta estrategia se puede determinar la probabilidad de que se alcancen concentraciones adecuadas, por lo que se pueden seleccionar los antibióticos y los regímenes de dosificación que permitan obtener mayores probabilidades de éxito de la terapia y disminuir la probabilidad de efectos adversos y de desarrollo de cepas resistentes.

En este contexto, investigadores adscritos al Instituto de Investigación Sanitaria Bioaraba, evaluaron mediante el análisis PK/PD si la combinación de bencilpenicilina y cefotaxima, medicamentos antimicrobianos utilizados para el tratamiento de la ENI, incluyendo meningitis, eran adecuados teniendo en cuenta los perfiles de sensibilidad de S. pneumoniae en España tras la implantación de la vacuna neumocócica tridecavalente (VNC13). Adicionalmente, analizaron el tratamiento con levofloxacino, ya que se utiliza para tratar la neumonía previa a ser diagnosticada como neumonía bacteriémica.

El estudio¹ confirmó que, tras la implementación de la VNC13, a pesar de los cambios producidos en los serotipos responsables de la ENI, el tratamiento con las dosis estándar de bencilpenicilina y cefotaxima proporcionan una alta probabilidad de éxito frente a la ENI (> 90 %). En el caso de meningitis, las dosis altas (4mU cada 4 horas de bencilpenicilina) y (2g cada 6 h de cefotaxima) también proporcionan probabilidades elevadas de éxito (> 90 %). No obstante, los resultados del estudio indican que debería evitarse el uso de levofloxacino ante un diagnóstico de neumonía neumocócica bacteriémica. Adicionalmente, el estudio confirma la utilidad de los estudios PK/PD para evaluar la idoneidad de los tratamientos con fármacos antimicrobianos tras la implantación de programas de vacunación.

Referencias:
¹ Ibar-Bariain M, Isla A, Solinís MÁ, Sanz-Moreno JC, Canut A, Rodríguez-Gascón A. Pharmacokinetic/pharmacodynamic evaluation of the antimicrobial therapy of pneumococcal invasive disease in adults in post-PCV13 vaccine period in Madrid, Spain. Eur J Clin Microbiol Infect Dis (2021). https://doi.org/10.1007/s10096-021-04255-w