Mobiele menu

Efflux pump inhibition or cell membrane destabilization in Mycobacterium tuberculosis to enhance the activity of TB drugs and prevent drug resistance

Projectomschrijving

Doel
De basis leggen voor een nieuwe aanpak in de behandeling van tuberculose (TB). De aanpak richt zich op remming van pompen die de TB-bacterie gebruikt om anti-TB-geneesmiddelen uit de bacterie te verwijderen. Belang
De TB-bacterie wordt overal ter wereld ongevoelig voor anti-TB-middelen, mede door toedoen van bacteriële geneesmiddelpompen. Werkwijze
Er werd een farmacologisch screeningssysteem ontwikkeld waarmee voor een bacteriële pomp kan worden vastgesteld (1) welke anti-TB-middelen worden weggepompt en (2) welke remmers de pomp kunnen blokkeren.
De effectiviteit van twee anti-TB-middelen in combinatie met diverse pompremmers werd
in de reageerbuis en in proefdieren onderzocht. Bevindingen
Een waarschijnlijk belangrijke geneesmiddelpomp van de TB-bacterie werd ontdekt en onderzocht. Deze pomp kon door specifieke pompremmers worden geblokkeerd. Het gebruik van pompremmers naast de twee anti-TB-middelen bleek in proefdieren de werking van deze middelen niet te versterken.

Verslagen


Eindverslag

Doel

Het doel van dit project was om de basis te leggen voor een nieuwe aanpak in de behandeling van tuberculose (TB). De aanpak richt zich op remming van pompen die de TB-bacterie gebruikt om anti-TB-geneesmiddelen uit de bacterie te verwijderen.

Belang

De TB-bacterie wordt overal ter wereld ongevoelig (resistent) voor anti-TB-middelen, mede door toedoen van bacteriële geneesmiddelpompen.

Werkwijze

Er werd een farmacologisch screeningssysteem ontwikkeld waarmee voor een bacteriële pomp kan worden vastgesteld (1) welke anti-TB-middelen worden weggepompt uit de bacterie en (2) welke remmers de pomp kunnen blokkeren.
De effectiviteit van twee anti-TB-middelen in combinatie met diverse pompremmers werd onderzocht in de reageerbuis en in proefdieren.

Bevindingen

Een waarschijnlijk belangrijke geneesmiddelpomp van de TB-bacterie werd ontdekt en onderzocht. Deze pomp kon door specifieke pompremmers worden geblokkeerd.
Het gebruik van pompremmers naast de twee anti-TB-middelen bleek in proefdieren de werking van deze middelen niet te versterken.

Tuberculose (TB) hoort wereldwijd tot de meest dodelijke infectieziekten. In dit project worden TB-middelen onderzocht in combinatie met zogenaamde effluxpomp-remmers (EPIs), zowel in reageerbuis-onderzoek als in het muizemodel voor TB. Deze EPIs zouden de effectiviteit van de TB-middelen moeten verhogen en resistentie-ontwikkeling moeten beperken. Het project is nu halverwege.

In deelproject 1 zijn verschillende effluxpompen van de TB-bacterie in de celwand van een andere bacterie overgebracht. Ook lukt het om uit deze celwand vervolgens 'blaasjes'(vesicles') met effluxpompen te ontwikkelen. Deze blaasjes kunnen in het vervolg van het project als modelsysteem fungeren; aan de hand van dit systeem kan worden vastgesteld welke EPIs het beste met TB-middelen kunnen worden gecombineerd.

In deelproject 2 wordt de groei van TB-bacterien onder invloed van TB-middelen al-dan-niet in combinatie met EPIs bestudeerd in de reageerbuis. Een methode hiervoor is geoptimaliseerd. De individuele TB-middelen zijn al onderzocht in de reageerbuis,ook in combinatie met diverse EPIs. De combinatie van meerdere TB-middelen met EPIs wordt in het vervolg bestudeerd.

In de deelprojecten 3 en 4 wordt het onderzoek uitgebreid naar het muizemodel voor TB. Onderzoeksvoorstellen hiervoor zijn goedgekeurd door de DierExperimentele Toetsingscommissie. Eerste expertimenten met 1 EPI zijn afgerond. Methodes voor de meting van TB-middelen in muizebloed worden ontwikkeld.

Het project wordt vervolgd; aan het einde ervan kan worden besloten of het zinvol is de bestudeerde TB-middelen ook in de mens in combinatie met EPIs te onderzoeken.

Samenvatting van de aanvraag

BACKGROUND The current treatment for tuberculosis (TB) is complicated by its length and complexity, which has lead to inadequate response and emergence of multi-drug-resistant TB (MDR-TB) and extensively drug-resistant TB (XDR-TB). As a result, there is a very urgent need for new powerful TB regimens and novel strategies. Unfortunately, only few new TB drugs are being developed. Newer generation fluoroquinolones, especially moxifloxacin (MXF), are the most promising new TB drugs in susceptible TB and MDR-TB. In addition, oxazolidinones (OXAZO) are already available for MDR/XDR-TB treatment (linezolid, LZD) and very active derivatives are in development (PNU-100480). Furthermore, accumulating evidence suggests an important role for mycobacterial efflux pumps in the extrusion of TB drugs and emergence of resistance to both fluoroquinolones as well as LZD. Clearly, inactivation of mycobacterial efflux pump systems by efflux pump inhibitors (EPI) may be an advantageous strategy to increase intrabacterial concentrations of MXF and OXAZO resulting in enhanced anti-mycobacterial effect of these drugs and prevention of drug resistance. Another approach to increase intrabacterial drug concentrations is the addition of colistin (COL), which may result in enhanced permeability of the bacterial outer membrane. Recent in vitro findings from our consortium on the EPI thioridazine (THZ) and COL, and promising clinical results in XDR-TB patients who used MXF, LZD and THZ confirm the role of EPI and the potential of a regimen based on these drugs. AIMS The overall aim of this proposal is 1.to develop and bring a novel TB therapeutic regimen based on MXF plus an OXAZO to the phase of testing in humans 2.to maximize the potential of this novel regimen and limit its adverse effects by co-administration of mycobacterial EPIs and/or COL resulting in increased intrabacterial drug concentrations. APPROACH AND METHODS Four work packages are representing a comprehensive and application-oriented approach to bring the new TB treatment regimen and concept up to the phase of testing in humans. In WP1 (in vitro pharmacological studies), we will identify the efflux pumps used by Mtb to extrude MXF or OXAZO. In addition, an in vitro system will be developed that enables for screening of the most suitable inhibitors of these pumps, which are subsequently examined in WP2-4. In WP2 (in vitro pharmacodynamic studies), we will assess the susceptibility (MIC and time-kill kinetics) of two clinically relevant Mtb strains of the Beijing and East-African-Indian genotypes towards MXF, OXAZO, EPI and COL alone or in combinations. In WP3 (in vivo pharmacokinetic studies in mice) we will investigate the pharmacokinetics of MXF, OXAZO, EPI and COL in mice to develop drug dosage schedules that mimic drug exposures in humans. In WP3 and WP4 (below) an innovative blood sampling and bio-analytical ‘dried blood spots’ technique will be validated, requiring only a drop of blood for drug concentration measurement. In WP4 (in vivo therapeutic efficacy study in mice), the novel therapeutic regimens will be evaluated in our mouse model of TB caused by a Beijing genotype strain, by assessing elimination of Mtb in infected organs, prevention of emergence of drug resistance and relapse, and tolerability of the drug regimens. RELEVANCE This project is extremely relevant, as it prioritizes the development of new treatment regimens and concepts in TB, a disease confronted with rapid spread of multi-drug resistance. In addition, the current proposal is strongly application-oriented, quickly allowing for follow-up studies in the human setting. Furthermore, these studies by an academic consortium warrant specific attention, considering the limited involvement of pharmaceutical companies in TB drug development. This proposal is also highly innovative from a scientific point of view as it will provide valuable insights into the potentially groundbreaking concept of increasing intrabacterial TB drug concentrations by the addition of EPI or COL. The project also develops a novel in vitro screening system for EPIs, useful for future research. The emphasis on clinically relevant Mtb strains and pharmacokinetic/pharmacodynamic principles is innovative in the TB field. Finally, application of the novel ‘dried blood spots’ technique may provide a substantial reduction in animals required for this type of research. KNOWLEDGE TRANSFER AND IMPLEMENTATION To transfer knowledge from this project, a large number of target groups at a national and international level have been designated. The experienced multidisciplinary project team for this proposal involves all key preclinical and clinical TB pharmacological researchers from The Netherlands. They are very well embedded in these national and international gremia to enable optimal knowledge transfer and follow-up implementation.

Onderwerpen

Kenmerken

Projectnummer:
205200002
Looptijd: 100%
Looptijd: 100 %
2012
2018
Gerelateerde subsidieronde:
Projectleider en penvoerder:
Prof. R.E. Aarnoutse
Verantwoordelijke organisatie:
Radboudumc