placa bacteriana

1. Actividad de los
antimicrobianos frente a las
biocapas bacterianas
Isabel García Luque
Departamento de Microbiología
Universidad de Sevilla

2. Infecciones asociadas a dispositivos
médicos
 Aumento considerable de dispositivos
médicos. Alta incidencia de infecciones.
 Infecciones persistentes que responden
poco/mal a tratamientos convencionales.
 Resistencia/ tolerancia a los antimicrobianos.

3. Infecciones asociadas a dispositivos
médicos.
Implante nº /año Infecciones Mortalidad
Catéter intravascular 200.000.000 <0,1-7% 15-20%
Sonda uretral 5.000.000 5-10%
Shunts LCR 80.000 10-15%
Marcapasos 60.000 0-3% 2%
Válvulas protésicas 100.000 1-5% 34%
Prótesis articulares 350.000 <1-2% 2,5%
Implantes dentales 436.000 15%

4. Infecciones asociadas a dispositivos
médicos
Device
Prevalent causative pathogens
Principal Secondary
Central venous catheters CoNS
S. aureus, enterococci, Candida spp., K. pneumoniae, P.
aeruginosa.
Urethral catheters E. coli Candida spp., CoNS, E. faecalis, P. mirabilis.
Mecanical heart valves CoNS S. aureus, Streptococcus spp., GNB, enterococci, diptheroids.
Ventricular assist devices CoNS S. aureus, Candida spp., P. aeruginosa.
Coronary stents S. aureus CoNS, P. aeruginosa, Candida spp.
Neurosurgical ventriclar shunts Staphylococci Streptococcus spp., Corynebacterium, GNB.
Peritoneal dialysis catheters S. aureus P. aeruginosa, other Gram-negative spp., Candida spp.,
Orthopedic prostheses Staphylococci S. pneumoniae, Streptococcus spp., P. acnes.
Fracture-fixation devices CoNS S. aureus, Propionibacterium spp., Corynebacterium,
Endotracheal tubes Enteric GNB P. aeruginosa, Streptococcus spp., Staphylococcus spp.
Inflatable penils implants CoNS S. aureus, enteric GNB, P. aeruginosa, Serratia spp., fungi.
Breast implants Staphylococci E. coli, peptostreptococci, C. perfringens, P. acnes.
Cochlear implants S. aureus P. aeruginosa, Streptococcus spp., N. meningitidis, fungi.

5. ¿Cómo actuar?:
 Retirada/cambio del dispositivo.
 Tratamiento antimicrobiano prolongado
a altas dosis.
 Reintervención difícil.
 Única opción: tratamiento
antimicrobiano.
 Costes elevados

6. Actividad antimicrobiana –
biocapas bacterianas
 Huésped
 Microorganismo.
 Antimicrobiano.
 DISPOSITIVO MÉDICO

8. Comunidad de microorganismos, incluidos dentro
de una matriz extracelular, que se encuentran
adheridos a una superficie o en una interfase y
que poseen un estado metabólico diferente del de
las bacterias de vida libre.
J.W.Costerton. The Biofilm Primer
Biocapas bacterianas:

9.  Fase inicial: inespecífica, reversible. Interacciones
a larga distancia (>150 nm).
− Fuerzas de Van der Waals
− Gravitación
− Interacciones electrostáticas
− Hidrofobicidad
Formación de las Biocapas. Adherencia
− Enlaces de hidrógeno
− Enlaces covalentes
− Interacciones iónicas
− Hidrofobicidad
− Moléculas bacterianas
(adhesinas, GPS)
 Fase secundaria: específica, irreversible. Interacciones
a corta distancia (<3 nm).

10. Una vez adheridas, las bacterias comienzan a multiplicarse hasta que se
desarrolla la biocapa madura.
Formación de las Biocapas.

11. “Mecanismo bacteriano de comunicación intercelular controlando la
expresión génica en función de la densidad celular”.
En el proceso de desarrollo de la
biocapa, se establece una
comunicación entre las bacterias
(quorum sensing).

12. La estructura de la biocapa no es homogénea.

13. Eficacia de los antimicrobianos frente a las
biocapas bacterianas.
 Penetrar a través de la densa
matriz de la biocapa.
 Mantener su actividad bactericida:
 En las diferentes condiciones
microambientales.
 Frente a bacterias de crecimiento lento.
 Presentar baja tasa de desarrollo de resistencias

14. Resistencia de las biocapas
bacterianasa los antimicrobianos
 Resistencia innata.
 Mecanismos adicionales, diferentes a los de las
bacterias planctónicas.
 CMB biocapas >> CMB planctónicas.
 Las bacterias recuperan rápidamente su
sensibilidad cuando se liberan de la biocapa.

15. Mecanismos de resistencia a los
antimicrobianos en las biocapas bacterianas:
 Inadecuada exposición al antimicrobiano
(permeabilidad reducida).
 Alteraciones en el metabolismo bacteriano:
 Baja tasa de crecimiento
 Heterogeneidad fenotípica
 Resistencia inducida por los biomateriales

16. Mecanismos de resistencia a los
antimicrobianos en las biocapas bacterianas:
 Inadecuada exposición al antimicrobiano
(permeabilidad reducida).
 Pseudomonas aeruginosa: alginato- imipenem y
tobramicina.
 Staphylococcus aureus: slime - glicopéptidos.
 Actividad dependiente de la estructura /composición
química de la biocapa y tamaño/composición química
del antimicrobiano.

17. Estudios de Permeabilidad
JM Rodríguez-Martínez et al. 2007 ( modif. Anderl et al. AAC 2000)
11
MH agar. 2,4
Membranas de policarbonato.
3
Biocapas. 5
Disco de antimicrobiano
1
5
4
3 21
5
4
3 2

18. Permeabilidad de CIP, AMC, FOS y SXT en
biocapas de P. aeruginosa y E. coli
FOSFOMICINA
0,0
25,0
50,0
75,0
100,0
125,0
150,0
175,0
200,0
1 3 6
Tiempo en horas
µgdeantimicrobiano
E. coli E. coli BLEE+ P. aeruginosa
50%
AMOXICILINA-CLAVULANICO
0,0
5,0
10,0
15,0
20,0
25,0
30,0
1 3 6
Tiempo en horas
µgde
antimicrobiano
E. coli E. coli BLEE+ P. aeruginosa
50%
COTRIMOXAZOL
0,0
5,0
10,0
15,0
20,0
25,0
1 3 6
Tiempo en horas
µgdeantimicrobiano
E. coli E. coli BLEE+ P. aeruginosa
50%
CIPROFLOXACINO
0,0
1,0
2,0
3,0
4,0
5,0
1 3 6
Tiempo en horas
µgdeantimicrobiano
E. coli E. coli BLEE+ P. aeruginosa
50%

19. Mecanismos de resistencia a los
antimicrobianos en las biocapas bacterianas:
 Alteraciones en el metabolismo bacteriano:
 Tasa de crecimiento reducida:
• Pseudomonas aeruginosa /betalactámicos.
• Staphylococcus epidermidis/ ciprofloxacino.
• Diferentes condiciones microambientales: ácido/básicas,
aeróbicas/anaeróbicas
• P. aeruginosa / tobramicina.
 Mecanismos convencionales de resistencia a los
antimicrobianos.

20. Mecanismo de resistencia Especies bacterianas Antimicrobianos
Impermeabilidad de las biocapas a
los agentes antimicrobianos
P. aeruginosa
Aminoglucósidos,
Betalactámicos
S. epidermidis
S. aureus
Vancomicina,
Teicoplanina
Tasa alterada de crecimiento
P. aeruginosa
E. coli
Betalactámicos
S. epidermidis
S. aureus
Fluoroquinolonas
El microambiente de las biocapas
afecta a la actividad antibacteriana
Característica general de las
biocapas
Aminoglucósidos,
Macrolidos, Tetraciclinas
Mecanismos de resistencia
expresados en bacterias
planctónicas
P. aeruginosa
Azitromicina,
Betalactámicos,
Tobramicina
Elementos genéticos de
transferencia horizontal
Enterobacteriaceae
Betalactámicos,
Aminoglucósidos

21. Mecanismos de resistencia de las
biocapas bacterianas:
Resistencia inducida por biomateriales:
P. aeruginosa y látex siliconizado:
La actividad de las carbapenemas disminuye en
presencia de este biomaterial.
(J Med Microbiol 1997).
Relacionado con las OMPs (pérdida de oprD2).
(Antimicrob Agents Chemother. 1999)
Inducida por el Zn liberado al medio.
(Antimicrob Agents Chemother. 2003)

22. OMPs de P. aeruginosa:
Efecto del zinc
MC. Conejo et al.; Antimicrob Agents Chemother. 2003

23. CzcCBA: Bomba de expulsión responsable de la co-
resistencia a carbapenemas y metales pesados.
Perron K. et al. J Biol Chem 2004; 279: 8761-8768.

24. “Comparison of biofilm-associated cell survival following in vitro
exposure of meticillin-resistant Staphylococcus aureus biofilms to the
antibiotics clindamycin, daptomycin, linezolid, tigecycline and
vancomycin”. Smith et al.Smith et al. Int J Antimicrob Agents. 2009

25. Limitaciones estudios in vitro:
 Formación proceso complejo:
 Muchos factores.
 Difícil reproducir in vitro.
 Resultados controvertidos.
 Cautela a extrapolar in vivo.

26. Métodos de estudio in vitro
Modelos estáticos:
 Formación de las biocapas:
 Placas de microdilución.
 Incubación de segmentos.
 Exposición de la biocapa al antimicrobiano
Ventajas: Muchos antimicrobianos, diferentes
concentraciones.
Inconvenientes: Modelo estático, tiempos cortos,
poliestireno

27. Efecto de
daptomicina
sobre la
formación de
biocapas
MRSAMRSA MSSAMSSA
VISAVISA
MSSEMSSEMRSEMRSE
>75%>75%
>70%>70%
>90%>90%
70-90%70-90%
80%80%
Roveta et al.Roveta et al. Int J Antimicrob Agents 2008

28. Adherencia bacteriana a biomateriales
plásticos
Catéter S. aureus S. epidermidis E. coli P. aeruginosa
Latex
siliconizado
27 ±3 18 ±2 19 ±2 24 ±3
PVC 42 ±5 23 ±3 18 ±2 41 ±4
Teflon 11 ±1 7 ±0,4 3 ±0,1 10 ±1
Poliuretano 15 ±1 4 ±0,6 9 ±0,1 13 ±1
Vialon 7 ±1 5 ±0,3 4 ±0,2 11 ±1
López et al. J. Med Microbiol. 1991.
Bacterias adheridas x 105
/cm2

29. Cultivo continuo. Sistema de flujo laminar.Cultivo continuo. Sistema de flujo laminar.
Dispositivo de Robbins
Métodos de estudio in vitro
Modelos dinámicos

30. Modelo dinámico
Sevilla device
 Cultivo continuo. Sistema de flujo laminar.
 Utilizar segmentos de catéteres.

31. Poliuretano. Biocapas de 24 h

32. Acero inoxidable. Biocapas de 96h.

33. Actividad de antimicrobianos frente a
microorganismos Gram positivos resistentes

34. Daptomicina / Biometales
 Cepas:
 Staphylococcus epidermidis ATCC 35984 (ica +: productora de
slime).
 CMI:
Daptomicina 0.5 mg/L
Vancomicina 2.0 mg/L
 Biomateriales:
 Segmentos de catéteres de poliuretano (3 cm; 7 french).
 Discos de acero inoxidable 316L (diámetro: 8 mm).

35. 1,00E+03
1,00E+04
1,00E+05
1,00E+06
1,00E+07
1,00E+08
1,00E+09
0 24 48
Tiempo (h)
ufc/cm2
Control 20mg/L Daptomicina 20mg/L Vancomicina
Poliuretano. Biocapas de 24 h
* p<0.05 comparada con vancomicina
*
*

36. 1,00E+04
1,00E+05
1,00E+06
1,00E+07
1,00E+08
1,00E+09
0 24 48 72
Tiempo (h)
ufc/cm2
Control 20mg/L Daptomicina 20mg/L Vancomicina
Acero inoxidable. Biocapas de 96h.
* p<0.05 comparada con Vancomicina
* *
*

37. Figura 2. Microscopía electrónica de barrido de las biocapas de 72
horas de S. epidermidis sobre catéteres de poliuretano usando el
dispositivo diseñado por nuestro grupo sin antimicrobiano (a) y
expuesto a 7.5mg/L de daptomicina (b)
a) b)

38. Linezolid / Biometales
Actividad comparativa de linezolid y vancomicina frente biocapas
bacterianas de 96 horas sobre acero inoxidable a distintos tiempos.
ufc/cm2
*
*
*
*
ufc/cm2
*
*
*
*

39. ufc/cm2
Tiempo (días)
**
**
*
*
ufc/cm2
Tiempo (días)
**
**
*
*
ufc/cm2
Tiempo (días)
**
**
*
***
**
*
*
Linezolid / Biometales
Actividad de linezolid y vancomicina asociados a rifampicina frente biocapas
bacterianas de 96 horas sobre acero inoxidable a distintos tiempos.

40. Nuevas estrategias frente a las
biocapas bacterianas
Impedir la formación de la biocapa:
 Bloqueando la adherencia:
 Biomateriales impregnados con biocidas o antimicrobianos.
 Moléculas antisentido que silencien los genes involucrados en la
adherencia
 Inhibidores del quorum
sensing.
Adhesión inicial Adherencia Colonización
Transportedemasas
Interaccioneselectrostáticas
VanderWaals
Adhesina-receptor
Interacciones
hidrofóbicas
Formación
deBiocapa
BIOMATERIAL
Quorum
Sensing

41. Nuevas estrategias terapéuticas
frente a las biocapas bacterianas
Eliminar la biocapa formada:
 Métodos físicos: corriente eléctrica de baja intensidad,
ultrasonidos
 Terapia fotodinámica (PDT)