Antibacterial action of penicillin against Mycobacterium avium complex.

ABSTRACT

INTRODUCTION: ß-lactam antibiotics are promising treatments for Mycobacterium avium complex (MAC) lung disease. We hypothesized that benzylpenicillin has efficacy against MAC. METHODS: Benzylpenicillin lung concentration-time profiles of seven doses in three dosing schedules were administered for 28 days using the hollow fiber system model of intracellular MAC (HFS-MAC). Data were analyzed using the inhibitory sigmoid maximal effect (Emax) model for each sampling day, while two ordinary differential equations (ODEs) were used for the wild-type and penicillin-resistant mutants. RESULTS: Benzylpenicillin killed >2.1 log10 colony-forming unit (CFU)/mL below Day 0, better than azithromycin, ethambutol, and rifabutin. Efficacy was terminated by acquired resistance. Sigmoid Emax parameter estimates significantly differed between sampling days and were a poor fit. However, ODE model parameter estimates vs. exposure were a better fit. The exposure mediating Emax was 84.6% (95% CI 76.91-82.98) of time concentration exceeded the minimum inhibitory concentration (MIC). In Monte Carlo experiments, 24 million international units of benzylpenicillin continuous infusion achieved the target exposure in lungs of >90% of 10,000 subjects until an MIC of 64 mg/L, designated the susceptibility breakpoint. CONCLUSIONS: Benzylpenicillin demonstrated a better bactericidal effect against MAC than guideline-recommended drugs before the development of resistance. Its role in combination therapy with other drugs with better efficacy than guideline-recommended drugs should be explored.

INTRODUCTION: Les ß-lactamines représentent des options thérapeutiques prometteuses pour le traitement de la maladie pulmonaire à complexe Mycobacterium avium (MAC). Notre hypothèse suggère que la benzylpénicilline pourrait être efficace contre cette maladie pulmonaire causée par M. avium. MÉTHODES Les concentrations pulmonaires de benzylpénicilline ont été mesurées à différents moments après l'administration de sept doses selon trois schémas différents pendant 28 jours dans le modèle de MAC intracellulaire du système de fibres creuses (HFS-MAC). Les données ont été analysées en utilisant un modèle sigmoïde inhibiteur à effet maximal (Emax) pour chaque jour d'échantillonnage, et deux équations différentielles ordinaires (ODE) ont été appliquées pour les souches sauvages et les mutants résistants à la pénicilline. RÉSULTATS La benzylpénicilline a provoqué une réduction de >2,1 log10 CFU/mL en dessous du jour 0, surpassant ainsi l'azithromycine, l'éthambutol et la rifabutine. Cependant, son efficacité a été compromise par l'émergence d'une résistance. Les estimations des paramètres de l'Emax sigmoïde ont montré des différences significatives entre les jours d'échantillonnage et étaient mal ajustées. En revanche, les estimations des paramètres du modèle ODE en fonction de l'exposition étaient plus précises. L'exposition médiane de l'Emax était de 84,6% (IC à 95% 76,91­82,98) du temps où la concentration dépassait la concentration minimale inhibitrice (MIC, pour l'anglais « minimum inhibitory concentration ¼). Dans les simulations de Monte Carlo, une perfusion continue de 24 millions d'unités internationales de benzylpénicilline a permis d'atteindre l'exposition cible dans les poumons de plus de 90% des 10 000 sujets, jusqu'à ce qu'une MIC de 64 mg/L soit atteinte, indiquant ainsi le point de rupture de la sensibilité. CONCLUSIONS: La benzylpénicilline a montré une efficacité bactéricide supérieure contre le MAC par rapport aux médicaments recommandés par les lignes directrices avant l'émergence de la résistance. Il convient d'explorer son utilisation dans une thérapie combinée avec des médicaments plus performants que ceux recommandés par les lignes directrices.