Применение фаготерапии в лечении ожоговых больных (обзор)

Введение

В течение последних десятилетий летальность при ожоговой травме постепенно снижалась, что в значительной степени связано с развитием медицинской техники, достижениями в области интенсивной терапии и совершенствованием методов хирургического лечения, таких как некрэктомия и аутодермотрансплантация [1–3]. И все же, несмотря на снижение летальности в остром периоде, повышение выживаемости в отдаленном периоде остается сложной и нерешенной задачей — в основном из-за сепсиса и синдрома полиорганной дисфункции [4–6]. Сепсис с полиорганной недостаточностью (Сепсис-3), которому часто предшествуют местные инфекционные осложнения, в настоящее время является основной причиной смерти как у детей, так и у взрослых пациентов с ожогами [7–10].

Антибиотикорезистентность микрофлоры при ожогах

Антибиотики с момента их открытия в начале прошлого века служат основным, а зачастую и единственным средством лечения бактериальных инфекций. Однако восемь десятилетий широкого, часто неизбирательного использования привели к общему снижению их эффективности. В настоящее время серьезной проблемой являются бактерии с множественной лекарственной устойчивостью (multiple drug resistance — MDR). Устойчивость к лекарственным препаратам, о которой впервые стало известно практически сразу после изобретения пенициллина, в настоящее время стала серьезным препятствием в борьбе с инфекцией во всем мире. По данным зарубежной статистики, каждый год в ЕС около 25 000 пациентов умирают от инфекций, вызываемых бактериями с MDR [11, 12].

В клинической практике раневые дефекты считаются колонизированными микроорганизмами с MDR в том случае, когда при посеве выявляются культуры устойчивых к метициллину Staphylococcus aureus, а также устойчивых к ванкомицину энтерококков, и/или микроорганизмов, устойчивых к бета-лактамазам расширенного спектра (ESBL) [13].

Пациенты, колонизированные MDR, являются ис­точниками госпитальной инфекции и становятся потенциальными ее передатчиками в условиях стационара. Имея это в виду, американские исследователи [14] изучали влияние MDR у ожоговых пациентов на выживаемость и продолжительность пребывания в стационаре, а также роль MDR в развитии таких осложнений, как острая почечная недостаточность, сепсис и полиорганная недостаточность. Результаты исследования убедительно показали, что инфекции, вызванные MDR, связаны с бóльшим количеством хирургических процедур, более длительной искусственной вентиляцией легких, бóльшим количеством антибиотиков и более длительной госпитализацией. Вполне обоснованы опасения, что серьезные травмы или ожоги могут служить входными воротами для угрожающих жизни инфекционных агентов, как это было в доантибиотическую эру [15].

Наиболее известными причинами антибиотикорезистентности считаются нерациональное применение антибиотиков [16, 17], а также их широкое использование в животноводстве [18–20]. Чаще всего инфекционные осложнения вызывают штаммы тех видов микроорганизмов, с которыми макроорганизм сталкивается ежедневно [21–24]. Часто у пациентов с ожогами профилактика и лечение местной инфекции особенно затруднены из-за нарушения иммунного ответа. Кроме того, сложный каскад биохимических реакций приводит к «системному апоптотическому ответу» и, следовательно, к иммуносупрессии, которая нарушает работу нормальных механизмов защиты от инфекции [25, 26]. Комбинация ослабленного иммунного ответа, характеризующегося снижением функции Т-клеток после травмы [27, 28], и разрушения защитного кожного барьера от ожоговой травмы [29, 30], позволяющего патогенам легко распространяться по всему организму, а также длительных госпитализаций с несколькими хирургическими процедурами обусловливает повышенный риск инфекционных осложнений у ожоговых больных. У таких пациентов на фоне нарушения собственного микробиома и иммунного дисбаланса из комменсальной микробиоты могут развиться высоковирулентные и устойчивые варианты микроорганизмов [31].

Все изложенное объясняет следующую закономерность: если пациенты с ожоговой травмой выживают в течение первых 72 ч, то наиболее частой причиной смерти в дальнейшем являются местные и общие инфекционные осложнения. По данным работ [32–35], в первые дни госпитализации ожоговых больных в раневых дефектах преобладают чувствительные к антимикробным препаратам грамположительные микроорганизмы, а позднее обнаруживается более устойчивая грамотрицательная микрофлора. Такая ситуация обусловливает выбор эмпирической антибиотикотерапии у пациентов с тяжелыми ожогами.

Ожоговые раны особенно чувствительны к инфекции по нескольким причинам. Разрушение эпидермального барьера в сочетании с денатурацией белков и липидов создает благоприятную среду для роста микробов [36, 37]. В связи с тем, что невозможно создать необходимую концентрацию системно вводимых антибиотиков в поврежденной ткани с нарушенным крово­обращением, становится все более актуальным местное использование антимикробных препаратов [38, 39].

Установлено, что наиболее распространенными этиологическими агентами местных инфекционных осложнений у ожоговых пациентов являются Pseudomonas aeruginosa [40–42], S. aureus и Acinetobacter baumannii [43–45].

По данным D.С. Church с соавт. [46], наиболее распространенным микроорганизмом, колонизирующим ожоговые раны в ранний период, остается S. aureus. В то же время P. aeruginosa известна как наиболее частая причина угрожающей жизни инфекции у таких пациентов. Оба возбудителя, особенно P. aeruginosa, известны своей природной и приобретенной устойчивостью ко многим антибиотикам. Неоднократно сообщалось, что в ожоговых отделениях антибиотикорезистентные штаммы P. aeruginosa вызывают внутрибольничные вспышки инфекции [47–50].

Неуклонный рост устойчивости к антибиотикам возбудителей инфекции, связанной с оказанием медицинской помощи, в сочетании с высокой восприимчивостью ожоговых ран к инфекции и сложностью системного применения антибиотиков с целью санации поврежденных тканей, сделали разработку новых эффективных противомикробных препаратов для лечения ожоговых инфекций одной из стремительно развивающихся областей медицины. Очень перспективным выглядит использование бактериофагов для борьбы с инфекцией [51, 52].

Бактериофаги в лечении ожоговых больных

Бактериофаги, или фаги, — наиболее распространенные организмы на Земле и естественные контро­леры численности бактерий. Они являются «вирусами» для бактерий и способны лизировать среди прочих штаммы вирулентных микроорганизмов независимо от чувствительности этих штаммов к антибиотикам. Такое свойство позволяет использовать бактериофаги в качестве альтернативного средства борьбы с инфекцией, которое может сочетаться или чередоваться с антибиотикотерапией и способно улучшить результаты лечения бактериальных инфекций [53–55].

Началом применения бактериофагов для лечения всех видов бактериальных инфекций стали 20-е годы ХХ в. С этого времени они начали использоваться в России, Грузии, Польше и др. [56, 57]. Отечественные ученые активно исследуют возможность использования бактериофагов для лечения инфекций, вызванных антибиотикорезистентными возбудителями [58–62]. В последние годы отмечается рост интереса к бактериофагам и во всем мире [63, 64]. Одной из ведущих научных организаций, занимающихся изучением бактериофагов, остается Институт бактериофагов, мик­ро­биологии и вирусологии им. Г. Элиавы в Тбилиси (Грузия). Серьезная работа по изучению фаготерапии ведется в Институте иммунологии и экспериментальной терапии им. Л. Гиршфельда во Вроцлаве (Польша). Однако необходимо подчеркнуть, что на Западе появление антибиотиков, которые проявляют более широкий спектр активности и которые легче производить в больших количествах (т.е. коммерчески более выгодных), оттеснило фаговую терапию на периферию медицинской науки. Кроме того, в западной медицине существуют серьезные препятствия, мешающие внедрению клинического применения фагов. В ЕС и США дискуссии между малыми и средними фармацевтическими предприятиями и компетентными органами привели к классификации бактериофагов в качестве лекарственных средств (биологических препаратов), регулируемых, в частности, Европейским кодексом сообщества о лекарственных средствах для использования человеком (Директива Европейского парламента и Совета Европейского Союза 2001/83/ЕС от 6 ноября 2001 г.). После этого шага путь лицензирования бактериофагов как лекарственного средства стал сложен и дорог. Серьезным фактором явилось и то, что получить финансирование для разработки фагов в качестве лекарственных средств довольно трудно, поскольку вопрос защиты интеллектуальной собственности на виды фагов (продуктов природы) не отрегулирован. Наконец, не менее важным моментом стало негативное восприятие фаговой терапии, которое связано с ложным восприятием вирусов: часто фаги идентифицируются (причем без нюансов) как «убийцы» и «враги жизни» [65].

По данным I.R. Cooper [66], до последнего времени на Западе фаги использовались для борьбы с микробной контаминацией пищевых продуктов, а фаговых лекарственных препаратов, разрешенных для лечения человека, не было. В связи с этим основная часть клинических испытаний бактериофагов, проводимых в Европе, выполнялась в соответствии с требованиями ст. 37 Хельсинкской декларации в редакции 2013 г. (непроверенные вмешательства в клинической прак­тике).

По мнению L.P. Villareal [67], фаготерапию для каждого конкретного больного лучше проводить небольшими сериями индивидуальных фаговых препаратов. Упрощение порядка использования бактериофагов как незарегистрированных лекарственных средств может быть достигнуто с помощью так называемого сочувственного применения из соображений гуманности (обозначаемого также англ. термином «compassionate use»). Этот подход приемлем для экспериментальной терапии тяжелых бактериальных инфекций у больных с неудачным лечением антибиотиками. Примечателен пример Бельгии, где для облегчения доступа к фаготерапии была разработана и законодательно закреплена концепция «магистральных фагов». Подобный подход гарантирует получение фаговых препаратов пациентами и позволяет «обходить препятствия», связанные с коммерческим производством [68–70].

Несмотря на указанные сложности, в мире стало увеличиваться количество случаев использования фагов. Врачи Египта лечили 30 пациентов с ожоговыми ранами в течение 5–17 дней при помощи повязок с раствором бактериофага. При этом на одного пациента было использовано от 15 до 47 повязок [71]. Это исследование не было контролируемым клиническим испытанием, но продемонстрировало безопасность применения бактериофагов при лечении ожоговых ран. B. Weber-Dąbrowska с соавт. [72] сообщили о лечении 49 ожоговых ран у пациентов, инфицированных P. aeruginosa, S. aureus, Escherichia coli, Klebsiella spp. и/или Proteus spp. 42 пациента полностью выздоровели, а состояние остальных 7 больных заметно улучшилось. D. Jikia с соавт. [73] показали успешные результаты лечения локальных лучевых поражений у двух пациентов с использованием нового биоразлагаемого препарата, способного к замедленному высвобождению фагов и ципрофлоксацина. Это же изделие успешно использовано в Грузии при лечении 22 пациентов с хроническими ранами на фоне венозной патологии после неудачи стандартной терапии [74]. В Великобритании J.A. Marza с соавт. сообщили о случае лечения 27-летнего мужчины с глубокими ожогами, у которого отсутствие закрытия ран было связано с лизисом аутодермотрансплантатов на фоне инфицирования P. aeruginosa [75]. Пересаженные трансплантаты быстро разрушались, несмотря на адекватную антибиотикотерапию. В начале лечения бактериофагами отмечалось увеличение концентрации микро­флоры в ране в 43–1200 раз. Через три дня применения фаготерапии P. aeruginosa уже не высевалась из раны, а выполненная аутодермотрансплантация была успешной.

В настоящее время в связи с пандемией MDR-бактерий терапевтическое использование фагов переживает ренессанс и в западном мире [76]. Стало формироваться быстро растущее «сообщество исследователей фагов». Например, в 2017 г. в Германии проведен первый европейский симпозиум по фаготерапии. В ходе трехдневной конференции участники из 20 стран обсудили нерешенные вопросы и проблемы, связанные с фаговой терапией и применением фагов в целом. Видимым результатом стало основание Национального фагового форума (www.nf-phagen.de) [77].

По мнению участников указанного симпозиума, аргументами «pro phage» могут служить следующие факторы [78]:

высокая специфичность фагов позволяет избежать дисбиоза в обработанных средах;

отсутствуют побочные токсические эффекты;

ограничена саморепликация;

возникновение устойчивости к одному фагу не вызывает генерализованной устойчивости к другим фагам;

устойчивые к фагам бактерии часто менее вирулентны;

резервы фагов в природе практически неисчер­паемы;

фаги эффективны даже для MDR/ESKAPE-бактерий;

в качестве альтернативы возможно использование белков-лизинов фага;

фаги сравнительно недороги;

возможны разные способы введения и применения фагов;

специфичные препараты фагов могут быть приготовлены в разумные сроки.

В соответствии с концепцией персонализированной медицины фаговая терапия рассматривается как лечение, реагирующее на конкретные параметры микробиома человека.

К аргументам «contra phage», т.е. к возможным недостаткам, отнесены следующие:

микроорганизмы — возбудители инфекционного процесса — должны быть однозначно идентифицированы, так же и при смешанных инфекциях;

иммунная система макроорганизма может создавать проблемы для фагов;

фаги с трудом достигают внутриклеточных пато­генов;

срок годности/стабильность может варьироваться от фага к фагу, что требует регулярного контроля титра фагов;

фаговая терапия требует от врачей овладения новыми знаниями;

некоторые участки человеческого организма могут быть сложными для применения фагов (например, кости, суставы, глубокие раны).

В современной научной литературе представлен ряд экспериментальных работ по фаготерапии ожоговых ран, которые позволяют предположить потенциально успешный эффект применения бактериофагов при этой патологии. В эксперименте на мышах показано, что при глубоких ожогах применение фагов способно привести к снижению летальности от инфекции, вызванной P. aeruginosa и K. pneumoniaе [79, 80].

В эксперименте [81] исследована эффективность применения бактериофагов при кожной пластике на фоне инфицирования расщепленного кожного трансплантата P. аeruginosa на модели ожоговой раны у морских свинок. Доказано, что инфицирование трансплантатов P. aeruginosa разрушает их, а специфический литический бактериофаг препятствует этому при закрытии контаминированных ожоговых ран.

В недавнем исследовании S. Kumari с соавт. [82] изучена эффективность специфического бактериофага для лечения раневой инфекции у мышей, вызванной K. pneumoniaе, в сравнении с нитратом серебра и гентамицином. В эксперименте in vivo был смоделирован глубокий ожог и рана инфицирована K. pneumoniae. После развития инфекционного процесса тестируемые препараты ежедневно наносили местно на ожоговую рану. Критерием эффективности служила летальность. Результаты показали, что однократная доза фага приводила к значительному снижению летальности (р<0,001). Многократное применение нитрата серебра и гентамицина в дозе 0,5% и 1000 мг/л соответственно также обеспечивало значительную защиту (р<0,001). Однако уровень защиты, обеспечиваемый этими двумя агентами, был ниже, чем при фаготерапии. Результаты свидетельствуют о том, что фаг имеет перспективы терапевтического применения для лечения инфекции ожоговой раны, так как его однократное местное применение смогло снизить летальность от инфекции у мышей, вызванной K. pneumoniae, по сравнению с несколькими применениями нитрата серебра и гентамицина.

На модели ожоговой раны у мышей [83] было показано, что литический фаг оказывал выраженный эффект на P. aeruginosa с множественной лекарственной устойчивостью. A.V. Holguin и соавт. [84] выполнили количественный бактериологический анализ, конт­роль биопленки, используя просвечивающую электронную микроскопию, гель-электрофорез в импульсном поле, и изучили биологическую активность фага Pan70 in vivo на модели ожоговой раны на мышах. Полученные результаты свидетельствовали, что фаг в отношении как планктонных клеток, так и биопленок приводил к значительному сокращению популяции бактерий. В основной группе выживаемость животных составила от 80 до 100%, значительно отличаясь от контрольной (0%).

Установленная высокая специфичность фагов к бактериальной клетке означает, что для достижения широкого спектра их действия целесообразно использовать смесь фагов [85]. В когортном клиническом исследовании Е.Б. Лазарева с соавт. [86] показали, что таблетированный комплексный пиобактериофаг обеспечивает более быстрое излечение гнойно-септических осложнений у пациентов с ожоговой раной, нормализацию температуры, очищение ран, а также снижение летальности. Бактериологический анализ раневого отделяемого показал, что после лечения Staphylococcus и Streptococcus выделялись в два раза реже, Proteus spp. — в 1,5 раза реже, а Escherichia coli не выделялась. Количество положительных гемокультур так­же уменьшилось. Исследование иммунного статуса показало статистически значимую нормализацию иммунного ответа на клеточном уровне. Уровень фагоцитоза не изменился, в то время как в контрольной группе (без применения бактериофага) он стал ниже.

В другом исследовании [87] фаговый коктейль использовали при клебсиеллезной инфекции ожоговой раны. Обнаружен существенный эффект фагового коктейля по сравнению с пятью моновалентными фагами в купировании инфекционного процесса. В частности, максимальное уменьшение бактериальной нагрузки было зафиксировано именно в группе мышей, получавших фаговый коктейль.

Польские исследователи A. Górski с соавт. [88] выполнили более 280 процедур применения бактериофагов у пациентов, лечение которых традиционными способами было безрезультатно. Успешным применение фаготерапии оказалось у 40% пациентов с отрицательными результатами при других видах лечения. В этой группе фаготерапия привела к полной ликвидации патогенов или устойчивому клиническому улучшению. У оставшихся 60% пациентов отмечены сомнительные результаты, отсутствие терапевтических эффектов или даже ухудшение после фаготерапии. В других исследованиях этих же авторов [89, 90] получены данные о способности фагов (и их белков) подавлять провоспалительные цитокины у мышей и активные формы кислорода. Аналогичные результаты были отмечены и у пациентов, получавших фаговую терапию [91], что позволяет предположить, что фаги в дополнение к общеизвестному антибактериальному эффекту могут также оказывать противовоспалительное и иммуномодулирующее действие [92–94].

Учеными из Португалии [95] представлен обзор использования бактериофагов в качестве контроля и профилактики образования бактериальной биопленки. Отмечено, что фаги могут использоваться отдельно, в качестве коктейля для расширения спектра активности или в сочетании с другими противомикробными препаратами.

Исследователи из Египта в эксперименте in vivo [96] сравнивали материалы для раневых повязок на основе многокомпонентных биосовместимых нановолокон с добавлением бактериофагов и без таковых. Отмечено, что при использовании рецептуры с бактериофагами наблюдалось более выраженное бактерицидное действие, улучшение результатов заживления ран, а тестирование цитотоксичности доказало улучшенную биосовместимость. Авторы делают вывод о перспективности разработки раневых покрытий, включающих в себя бактериофаги.

Группа ученых из Турции [97] изучала чувствительность in vitro устойчивых микроорганизмов, выделенных у пациентов с осложненными инфекциями мягких тканей, к стандартным бактериофаговым (фаговым) коктейлям. Результаты демонстрируют высокий потенциал использования местной бактериофаговой терапии при лечении сложных инфекций мягких тканей.

По мнению специалистов Института трансплантации Медицинского университета Варшавы (Польша) [98], применение фагов-вирусов пациентам с трансплантацией безопасно потому, что они, в отличие от других вирусов, не увеличивают риск отторжения трансплантата. Представлено доказательство, что фаги-вирусы могут давать иммуносупрессивный эффект, увеличивая вероятность приживления трансплантата. Бактериофаги значительно ингибируют Т-клеточную активацию и пролиферацию, как и активацию ядерной транскрипции фактора NF-kB в ответ на вирусный патоген. Введение фага in vivo могло уменьшить клеточную инфильтрацию аллогенного кожного трансплантата. Данные A. Gorski с соавт. [98] показали, что фаги могут использоваться в клинической трансплантологии, для лечения инфекций, вызванных резистентными бактериями, и, возможно, являться дополнительным средством иммуносупрессивной терапии. Ряд исследователей считают, что в ближайшее время производство бактериофагов станет одной из лидирующих отраслей в фармацевтической промышленности [99].

Интересным проектом по изучению возможностей использования бактериофагов для ожоговых ран является рандомизированное контролируемое исследование PhagoBurn (www.phagoburn.eu), которое финансировалось Европейской комиссией и было запущено в 2013 г. при участии Франции, Бельгии и Швейцарии. Проект позволил оценить эффективность фаговой терапии при лечении ожоговых ран, инфицированных P. аeruginosa [100].

Заключение

Бактериофаги уверенно занимают одно из ведущих мест в ряду антибактериальных препаратов, а фаготерапия становится компонентом успешного лечения пациентов с MDR-инфекциями. Рост числа публикаций, несомненно, отражает возрастающий интерес специалистов разных стран к использованию бактериофагов при лечении сложных ран, в том числе у ожоговых больных. Имеющиеся данные иллюстрируют как значительный отрыв отечественных ученых в изучении и применении бактериофагов в клинике, так и ускоренное, «догоняющее» развитие исследований в этом направлении наших западных коллег. В настоящее время доказательная база в отношении терапевтического потенциала бактериофагов в лечении ожоговых больных сформирована прежде всего описанными случаями их успешного применения в клинической практике, экспериментальными исследованиями in vitro и in vivo и во многом ориентирована на экспертное мнение. Представляется крайне важным дальнейшее изучение возможности применения и эффективности фаготерапии в лечении инфекций ожоговых ран в рамках эпидемиологических и клинических исследований с более сложным дизайном.

Вклад авторов: В.В. Бесчастнов, О.В. Ковали­шена — дизайн исследования и концепция статьи; И.В. Павленко, А.А. Тулупов — поиск и отбор литературных источников; Н.В. Саперкин — оценка качества исследования; А.Е. Леонтьев — анализ и интерпретация результатов. Все авторы прочитали и одобрили окончательный вариант рукописи.

Источники финансирования. Работа не поддерживалась никакими финансовыми источниками.

Конфликт интересов отсутствует.