Pilzinfektionen bei Cystischer Fibrose

Frühjahrstagung der Sektion
Antimykotische Chemotherapie
07. und 08. Mai 2010
Gustav-Stresemann-Institut,
Bonn
Chronische Lungenerkrankungen und Pilzinfektionen
Pilzinfektionen bei
Cystischer Fibrose
Frank-Michael Müller
Pädiatrische Pneumologie, Allergologie,
Mukoviszidose-Zentrum & spez. Infektiologie
Zentrum für Kinder- und Jugendmedizin III
Universität Heidelberg
Klassische
Mukoviszidose/Cystische Fibrose
1938
• Symptome seit Geburt:
- Gedeihstörung
- Steatorrhoe
- rezidivierende Atemwegsinfekte
• pathologischer Schweißtest
• zwei CFTR Mutationen
• gastrointestinal und pulmonal
• Systemerkrankung !
– CFTR in Gehirn, Rückenmark, Herz, Nieren,
Schilddrüse, Schweißdrüsen
mit freundlicher Genehmigung
Prof. Dr. H. Lindemann, Gießen
CF Pathogenese
Reparatur
Basisdefekt
und Blocken der
Kaskade
Gegenwärtige
CF-Therapien
Amaral & Kunzelmann
(2007) Trends Pharmacol
Sci 28:334-341
Median predicted survival 1950-2008
Mukoviszidose: Destruktion der Lunge
durch chronische bakterielle Kolonisation
• Staphylokokkus aureus
• Hämophilus influenzae (B)
• andere, z.B. MOTT
• Pseudomonas aeruginosa
• Stenotrophomonas maltophilia
• Burkholderia cepacia
„sog. seltene Erreger“
•
•
•
•
•
Burkholderia cepacia-Komplex
Methicillin resistente Staphylokokken (MRSA)
Acromobacter xylosoxidans (Alcaligenes)
Pandoraea spp.
Atypische Mykobakterien (MOTT)
– M. abscessus
– M. fortuitum
• Schimmelpilze
– Aspergillus fumigatus
– Pseudallescheria boydii (Scedosporium spp.)
– Wangiella (Exophiala) dermatitidis “Schwärzepilze”
Pilze bei CF
• Risikofaktoren:
• „Mukus Plaques“ in den Atemwegen
• gastroösophagealer Reflux
• regelmässige Antibiotika (inhalativ, oral,
parenteral)
• inhalative und orale Kortikosteroide
• oropharyngealer Soor
• Pilze (Hefen) im Darm ?
• implantierte Kathetersysteme, PEG
472 Sputen von 102 CF-Patienten:
Bakterien
Bakterien
- P. aeruginosa 418 (88.3%)
- H. influenzae 15 (3.2%)
- S. aureus
55 (11.7%)
- S. epidermidis 19 (4%)
- A. fumigatus
9 (1.9%)
- C. albicans
46 (9.8%)
A. Bauernfeind et al., 1987
369 Sputen von 94 erwachsenen
CF-Patienten:
Viren
Viren
Pilze
Pilze
- A. fumigatus
- C. albicans
45.7%
75.5%
N. Bakare et al., 2003
Prävalenz von Hefen und Schimmelpilzen
pädiatrischer und Erwachsener CF-Patienten,
John Hopkins Universität, 1997-2007
# Patienten (%)
n = 614
Filamentöse Pilze und Hefen
Aspergillus fumigatus
223 (36.3)
Aspergillus (non fumigatus) 160 (26.1)
Trichosporon spp.
13 (2.1)
Scedosporium spp.
14 (2.3)
andere filamentöse Pilzea
31 (5.0)
Hefenb
175 (28.5)
aAlternaria,
# Isolate (%)
n = 14.288
885 (6.0)
107 (0.7)
44 (0.3)
21 (0.1)
41 (0.5)
324 (2.2)
Curvularia, Fusarium, Paecilomyces, Penicillium und Exophiala
Spezies
bCandida albicans, Candida glabrata und undifferenzierte Hefen Spezies
C. R. Sudfeld et al. E. C. (2010) J. Cyst. Fibros. 9: 110–116
Prävalenz von Hefen und Schimmelpilzen
pädiatrischer und Erwachsener CF-Patienten,
John Hopkins Universität, 1997-2007
• Anstieg der Prävalenz filamentöser Pilze von 2.0% in
1997 auf 28.7% in 2007
• Odds-Ratio der Isolation filamentöser Pilze in einem
Quartal war größer bei Erwachsenen CF-Patienten
[p<0.001], während chronischer oraler AntibiotikaTherapie [p=0.002] und stieg an mit jedem 10% Abfall
des FEV1 [p=0.005]
• Inhalative Steroide verminderten überraschenderweise
die Wahrscheinlichkeit der Kolonisation [p=0.012]
• Eine Sub-Analyse zeigte, dass höheres Alter [p=0.019]
und der Gebrauch inhalativer Antibiotika [p=0.011]
unabhängige Risikofaktoren der Pilzkolonisation waren
C. R. Sudfeld et al. E. C. (2010) J. Cyst. Fibros. 9: 110–116
Alter bei Erstnachweis im Sputum
• Aspergillus fumigatus
12.3 Jahre
• Scedosporium apiospermum
14.1 Jahre
• Staphylococcus aureus
5.4 Jahre
• Pseudomonas aeruginosa
8.1 Jahre
Cimon B et al. (1995) J Mycol Me´d 1995; 5: 211-216
Candida-Kolonisation im Sputum
64 CF-Patienten: 1 bis 36 Jahre, 29 Monate
Candida gesamt 422; Candida albicans 332 (78%)
.
2C
C. dubliniensis
22
C
6
4
C. parapsilosis
20
C. glabrata
31
ei
s
kru
lis
a
c
i
. trop
C. kefyr
2 C. lusitaniae
1 C. pelliculosa
1 C. r 1 nnb
ugosa
M. Muthig et al. (2009) Med Mycol Jan 31: 1-8
Persistenz von Candida spp. im
CF-Respirationstrakt
Candida-spp.
Persistenz in Monaten
(mean)
C. tropicalis
C. albicans
C. glabrata
C. parapsilosis
C. dubliniensis
C. kefyr
C. krusei
18
16,7
14,2
13
12
8,5
8
Candida-Infektionen: Klinik
Candida Spezies
Oberflächliche/mukosale Infektion
• oropharyngealer Soor
• Ösophagitis
• Vulvovaginalmykose
• kutane Manifestationen
Systemische/disseminierte Infektion
• Candidämie
• Organmykosen
• Sepsis/Dissemination
- akut
- chronisch
Candidämie
- Risikofaktoren:
• Antibiotika, Steroide
• Port-Systeme, längere Verweildauer
peripherer Venenkatheter
• prolongierte Neutropenie
(Lungen- oder Leber-TX)
• Abdominalchirurgie (Mekoniumileus)
40 µm
4 µm
10 µm
C
A
B
Elektronenscan Mikroskopie
A Biofilmbildung im Katheterlumen
B Flußkanäle in der Matrix
C Eingebettete Candida
A
Fluoreszenz Mikroskopie (40x)
A Candida Zellcluster bedeckt
mit Extra-zellulärer Matrix
Schimmelpilz-Infektionen: Klinik
• Kolonisation ohne Morbidität ?
• oberflächliche Aspergillosen
- Gehörgangsinfektionen (A. niger)
- Keratitis des Auges
- kutane Manifestationen
• nicht-invasive Aspergillosen
- asthmaähnliche Erkrankung und/oder Konjunktivitis,
Rhinitis, Urtikaria (überschießend IgE-vermittelt) (1-2%)
- ABPA (IgE- u. IgG-vermittelte Form) (7-35%)
- Aspergillom (Bronchiektasen bei CF)
• invasive Aspergillosen
- akut-invasiv / chronisch-nekrotisierend
Persistenz von A. fumigatus im CFRespirationstrakt
• 209 Isolate von 36 CF-Patienten
• 2-24 Isolate/Patient
• Zeitraum 4 Monate bis 10 Jahre
• 17% der Patienten waren chronisch
mit einem Genotyp kolonisiert
STRAf assay
H.A. De Valk et al. (2009) J Cyst Fibros 8:110-114
ABPA bei CF
(CF Foundation Consensus Conference - 2003)
Klassische ABPA
1. Akute oder subakute klinische Verschlechterung
2. Gesamt IgE >1000 IU/mL (2400 ng/mL)
3. Pos. Prick-Test (> 3mm) oder spez. IgE auf Af
4. Pos. Präzipitine oder spez. IgG auf Af
5. Neue Veränderungen im CT oder Thoraxröntgen
(Infiltrate, Mucus Plugging, Bronchiektasen)
Minimalkriterien
1. Akute oder subakute klinische Verschlechterung
2. Gesamt IgE >500 IU/mL (1200 ng/mL)
3. Pos. Prick-Test (> 3mm) oder spez. IgE auf Af
4. Entweder
a) Pos. Präzipitine oder spez. IgG auf Af oder
b) Neue Veränderungen im CT oder Thoraxröntgen
(Infiltrate, Mucus Plugging, Bronchiektasen)
Prick-Test Ergebnisse von 39
CF-Patienten (5-18 Jahre)
Allergen
Gräser
Bäume
Katze
Hund
Ei
Kuhmilch
A. fumigatus
A. terreus
Hausstaubmilbe
negativ
17
29
17
29
37
34
9
19
14
positiv
22
10
22
10
2
5
30
20
25
% positiv
56
26
56
26
5
13
77
51
64
Ormerod LP et al (1980) Thorax 35: 768-772
Scedosporium spp.
S. apiospermum [Pseudallescheria boydii], S. prolificans
• 128 CF-Patienten, Beobachtungszeitraum 5
Jahre: S. apiospermum wurde bei 8.6% der
Patienten aus Bronchialsekreten isoliert
B. Cimon et al. (2000) Eur J. Clin. Microbiol. Infect. Dis., 19: 53-56
• 129 sequentielle und multiple S. apiospermum
Isolate von 9 CF-Patienten wurden biotypisiert:
kein gemeinsamer Genotyp, keine Clusterbildung, Erreger-Persistenz trotz Antimykotikatherapie
A. Defontaine et al. (2002) J. Clin. Microbiol. 40: 2108-2114
Wangiella (Exophiala)
dermatitidis
39-jähriger Patient
ΔF 508 homozygot
Pseudomonas neg., Staph. pos.
Rezidivierend DIOS
Restless Legs Syndrom (Levodopa)
depressive Verstimmung (Cimbalta)
obstruktives Schnarchen, CPAP
Therapie
• Z.n. Hustenfraktur Rippe re.
• Abnahme des PO2
• im Sputum wiederholter Nachweis
von reichlich Exophiala dermatitidis
•
•
•
•
•
•
Chronische Kolonisation mit filamentösen Pilzen
bei CF
M Phet et al (2009) Med Mycol 47: 387-397
Aspergillus Biofilm Formation
Aspergillus Biofilm ?
Cell culture flask (polystyrene)
Bronchial Epithelia Cell lines:
- 16HBE14o- wild-type airway epithelial cell line
- CFBE41o- homozygous mutation (DF508/DF508)
Confluent
Aspergillus fumigatus ATCC #9197
MEM (+5% FCS biofilm)
MEM (+5% PBS planktonic)
106 1/mL inoculum
35°C, 5% CO2
0-4h
Adhesion Phase
-24h
Early Phase
Extra
Cellular
Matrix
-48h
Intermediate Phase
96+ h
Mature Phase
Confocal Scanning Laser Microscopy (CSLM)
PS
72h
HBE
CFBE
t0
4h
t0
4h
24h
48h
24h
48h
72h
48h
BEC
Seidler M et al. (2008) AAC 52: 4130-36
Structure of an Aspergilloma
Light microscopy phase contrast x400
Transmission electron microscopy
C. Loussert et al. (2009) Cell. Microbiol. Nov. 4
Structure of an Aspergilloma
Ultrathin section of a 48h static and aerial
culture at 30°C
Immunolabelling with antigalactosaminogalactan antibody
C. Loussert et al. (2009) Cell. Microbiol. Nov. 4
Pilzinfektionen bei Cystischer Fibrose
- Zusammenfassung • Kolonisation des CF-Respirationstraktes mit Hefen
(Candida) und Schimmelpilzen (Aspergillus)
• Zunahme seltener Schimmelpilze (Scedosporium spp.)
• Therapiebedürftige Erkrankungen:
– oraler Soor, Vulvovaginalmykosen, Candidämie, ABPA,
Aspergillom)
• Pathogenetische Bedeutung an der chronischen
Infektion und Inflammation der CF-Lunge unklar
(cave: Biofilmbildung)
• Wirksamkeit und Pharmakokinetik neuer und alter
Antimykotika nicht ausreichend untersucht
• Begünstigende Faktoren:
– Mukus Plaques, GÖR, Katheter, regelmässige Antibiotika,
Kortikosteroide
Genug vom Pilz !
Pilze bei CF
• relevante Spezies
• Diagnostik
• Antimykotika
• Pilzerkrankungen bei CF
• ein selbstgemachtes Problem ?
Klinisch relevante Pilze
• Schimmelpilze • Hefepilze
• Aspergillus spp.
(>900 species)
• Zygomyzeten
– Rhizomucor
– Rhizopus
– Absidia spp.
• Hyphomyzeten
– Fusarium spp.
– Scedosporium spp.
•
•
•
•
•
Candida albicans
Candida parapsilosis
Candida glabrata
Candida krusei
Candida dubliniensis
• Phaeohyphomykose
– Wangiella dermatitidis
– Cladophialophora bantiana
Therapie:
• Einzelne Rezidive
• Topische Azole:
• Clotrimazol, z.B. Canesten (1x200 mg/d für 3
Tage; 1x100 mg/d für 7d
• Miconazol, z.B. Daktar (1x400 mg/d für 7d)
• Econazol, z.B. Gyno-Pevaryl (1x100 mg/d für
3d; 1x50 mg/d für 7d)
• Orale Azole:
• Fluconazol (1x150 mg/d für 1d)
• Itraconazol, Sempera Liquid (2x200 mg/d für 1d)
ABPA bei CF
(CF Foundation Consensus Conference - 2003)
Klassische ABPA
1. akute oder subakute klinische Verschlechterung
2. Gesamt IgE >1000 IU/mL (2400 ng/mL)
3. pos. Prick-Test (> 3mm) oder spez. IgE auf Af
4. pos. Präzipitine oder spez. IgG auf Af
5. neue Veränderungen im CT oder Thoraxröntgen
(Infiltrate, Mucus Plugging, Bronchiektasen)
Minimalkriterien
1. akute oder subakute klinische Verschlechterung
2. Gesamt IgE >500 IU/mL (1200 ng/mL)
3. pos. Prick-Test (> 3mm) oder spez. IgE auf Af
4. Entweder
a) pos. Präzipitine oder spez. IgG auf Af oder
b) neue Veränderungen im CT oder Thoraxröntgen
(Infiltrate, Mucus Plugging, Bronchiektasen)
ABPA
• Prävalenz 0.95 – 10.9% abhängig von der
Definition (Minimalkriterien ?)
• HLA-Moleküle DR2, DR5 und vermutlich DR4
oder DR7 begünstigen die Entwicklung einer
ABPA während HLA-DQ2 eher protektiv sind
• diese genetischen Ereignisse bestimmen das
Outcome der ABPA bei CF
• Singlestrand-Polymorphismen im Interleukin 4
Rezeptor, insbesondere die Substitution von
I75V, stellt ein genetisches Risiko für die ABPA
dar
ABPA: - Therapie • antiphlogistisch:
Steroide 0.5 – 2 mg/kg KG für 1-2 Wo., dann 0.5 - 2.0
mg/kg jeden 2. Tag, für 1-2 Wo., Absetzen nach 2-3 Mo.
• schlechtes Ansprechen Steroide, Rezidiv, Steroidabhängig, Steroid-Toxizität:
Itraconazol (Sempera-Liquid) 5 mg/kg KG
max. 400 mg/Tag (3-6 Mo.)
• asthmatische Komponente bei ABPA:
inhalative Steroide, Leukotrienantagonisten
• Parameter für das Ansprechen:
- klinische Zeichen
- Absinken Gesamt-IgE (>50%)
- Rückgang der Eosinophilie
- Rückgang Gesamt-IgG gegen A. fumigatus
• Mikrobiologie
–
–
–
–
–
–
Diagnostik
Mikroskopie, Kultur (Abstrich, Sputum, BAL)
Antigen (Platelia Aspergillus im Serum, BAL)
Serologie (HA, Latex, KBR, ELISA, Blot)
1,3-β-Glucan-Test
PCR, Sonden
Resistenztestung (MHK)
• Bildgebende Verfahren
– Konventioneller Rö.-Thorax
– CT, (MRT)
• Histologie
– Gewebebiopsien
Wirkort der Antimykotika
Fluconazol
Itraconazol
Voriconazol
Posaconazol
nach B. de Pauw, 2001
Voriconazol bei CF
• 21 Kinder (5-16 Jahre, Voriconazol für 1-50 Wo.)
• bei 2 Kindern Monotherapie bei rezidivierender
ABPA: klinisches und serologisches Ansprechen ohne orale Steroide
• Bei 8 Kindern mit ABPA in Kombination mit
einem Immunmodulator signifikante Besserung
der Lungenfunktion und Serologie
• 8 Kinder ohne ABPA, aber rez. Nachweis von A.
fumigatus im Sputum keine signifikante Besserung
• NW: 33%: Photosensitivität 3, Übelkeit 2, Transaminasenanstieg 1, Haarausfall 1
Hilliard et al. (2005) J. Cyst. Fibros. 4(4): 213-4
Vulvovaginal-Mykosen
• ⇒ 75% aller Frauen, 40-50% mindestens zwei
Episoden
• ⇒ Vulvacandidose: präpubertär + postmeonopausal
• ⇒ Vaginalcandidose: gebärfähiges Alter
• Rezidivierende vulvovaginale Candidose
(RVVC): bis zu 3-4 Rezidive im Jahr, 5-7% aller
prämenopausalen Frauen
• Chronisch-rezidivierend VVC (CRVVC):
>4-6 Rezidive im Jahr, Übergang in
therapierefraktäre chronische Form
Risikofaktoren
• Hormonelles Milieu, Hormontherapie
(Östrogene, Kortikosteroide)
• häufige Antibiotikatherapie
• Immunsuppression, Zytostatika
• schlecht eingestellter Diabetes mellitus
• Schwangerschaft
• Hygiene (Irritationen durch Kosmetika,
Körperpflegemittel, Tampons)
• endogene Reinfektion durch gastrointestinale
Candida-Besiedlung
• sexuelle Aktivität
• höheres Alter
Erregerspektrum:
• Hefepilze (>90%)
• ca. 80% C. albicans
• zunehmend:
- C. glabrata (10%, symptomarm)
- C. tropicalis und andere nonalbicans Candida spp. (10%), vor
allem bei chron.-rez. VVC
Therapie
•
•
•
•
•
RVVC:
topisch (Clotrimazol, Miconazol)
Fluconazol (1 x 150 mg/d einmal im Monat)
CRVVC (bis zu 29% der Fälle C. glabrata !)
- falls keine Infektion mit C. glabrata vorliegt: orale
niedrigdosierte Langzeittherapie (WeissenbacherSchema)
•
•
•
•
•
Fluconazol (1 x 150 mg/d):
für 6 Wochen
für 6 Wochen
für 6 Wochen
für weitere 6-8 Monate
1 x wöchentlich
alle 14 Tage
alle 3 Wochen
alle 4 Wochen
• - bei Infektion mit C. glabrata: Hochdosistherapie
• Fluconazol (800 mg/d für 10–20 Tage)
(Kunzelmann,1996; DDG,1999)
Therapie von Candida-Infektionen
• Soor-Ösophagitis
• Nystatin Suspension 3 x tgl. 1 ml
• Amphotericin B i.v. 0.5-0.7 mg/kg
• Fluconazol 3-12 mg/kg/Tag (C. alb.)
• Candidämie
• Katheterentfernung !
• Amphotericin B i.v. 0.5-1.0 mg/kg
• liposomales AMB 3-5 mg/kg
• Caspofungin 50 mg/m2 KOF
• Fluconazol 6-12 mg/kg (C. alb.)
• invasive Candidose
• Amphotericin B i.v. 1.0-1.5 mg/kg
• liposomales AMB 5-7.5 (-10) mg/kg
• Caspofungin 50 mg/m2 KOF
• Fluconazol 8-12 mg/kg (C. alb.)
Phenotypic Studies
500
Biofilm ATCC #9197
Control ATCC #9197
Biofilm ATCC #9197 +BEC
Biofilm CF 862484
Control CF 862484
Dry Weight [mg]
400
300
ECM
SEM
200
100
0
0
12
24
36
48
Time [h]
Dry weight of A. fumigatus biofilm
Amphotericin B
[µg/ml]
A
C1
C2
0.5
2
1
>32
>32
Itraconazole
[µg/ml]
Voriconazole
[µg/ml]
A
A
C1
C2
C1
Filamentous
48h drug
C2
0.125 0.063 0.063 0.125 0.125 0.125 planktonic
>32
>32
>64
>64
48h biofilm
Aspergillus fumigatus: A= ATCC #9197, C1= CF610985, C2= CF862484
SEM of A. fumigatus
MIC-1 (90% inhibition) of A. fumigatus biofilm
Seidler M et al. (2008) AAC 52: 4130-36