Varying susceptibility of clinical and environmental Scedosporium isolates to chemical oxidative stress in conidial germination

Scedosporium species are opportunistic pathogens causing a great variety of infections in both immunocompetent and immunocompromised individuals. The Scedosporium genus ranks the second among the filamentous fungi colonizing the airways of patients with cystic fibrosis (CF), after Aspergillus fumigatus, and most species are capable to chronically colonize the respiratory tract of these patients. Nevertheless, few data are available regarding evasion of the inhaled conidia to the host immune response. Upon microbial infection, macrophages and neutrophils release reactive oxygen species (ROS). To colonize the respiratory tract, the conidia need to germinate despite the oxidative stress generated by phagocytic cells. Germination of spores from different clinical or environmental isolates of the major Scedosporium species was investigated in oxidative stress conditions. All tested species showed susceptibility to oxidative stress. However, when comparing clinical and environmental isolates, differences in germination capabilities under oxidative stress conditions were seen between species as well as within each species. Among environmental isolates, Scedosporium aurantiacum isolates were the most resistant to oxidative stress whereas Scedosporium dehoogii were the most susceptible. Overall, the differences observed between Scedosporium species in the capacity to germinate under oxidative stress conditions could explain their varying prevalence and pathogenicity

Experimental models of disseminated scedosporiosis with cerebral involvement

Scedosporium apiospermum is a soil fungus which can cause severe and often fatal cerebral infections in both immunocompetent patients in the event of near drowning and immunosuppressed patients such as lung transplant recipients. Because of the low susceptibility of this fungus to antifungal drugs, and the low permeability of the blood-brain barrier (BBB), therapeutic drug monitoring is necessary to reach an effective tissue concentration with limited side effects. Indeed, diffusion of the drug in the brain is dependent on several parameters, such as the integrity of the BBB and the activity of efflux pumps. To evaluate drug diffusion, two experimental models were developed in immunocompetent and immunosuppressed rats. Inocula were administered via the penile vein and a clinical scale (0-9) was established, based on weight and clinical and neurologic signs evaluated by the tail suspension test. Cerebral involvement was confirmed by magnetic resonance imaging and histologic examination of brain sections after hematoxylin-eosin-safran or silver staining. Voriconazole or posaconazole was given to the rats at doses ranging from 10 to 75 mg/kg/day via i.v. or oral routes, respectively. Whatever the immune status, the effective doses (defined by a doubling of the survival time and the absence of neurologic sequelae) were 30 mg/kg/day for voriconazole and 50 mg/kg/day for posaconazole. Overall, the results demonstrated that these models may constitute valuable tools for the performance of pharmacokinetic and pharmacodynamic studies for pharmacokinetic-pharmacodynamic modeling

Production de protéines recombinantes de Scedosporium apiospermum, Cu,Zn superoxide dismutase et catalase, pour l’amélioration et la standardisation du sérodiagnostic des infections à Scedosporium apiospermum chez les patients atteints de mucoviscidose

National audienc

Scedosporium apiospermum complex Catalase A1 and Cu-Zn SOD recombinant proteins are useful tools for serodiagnosis of Scedosporium infection

International audienc

Pharmacokinetics of voriconazole and posaconazole administered in experimental models of disseminated scedosporiosis with cerebral involvement

International audienc

Impact of cyclosporine dosing regimen and infection on voriconazole pharmacodynamics in an experimental model of cerebral scedosporiosis

International audienc

Impact of infection status and cyclosporine on voriconazole pharmacokinetics in an experimental model of cerebral scedosporiosis

Cerebral Scedosporium infections usually occur in lung transplant recipients as well as in immunocompetent patients in the context of near-drowning. Voriconazole is the first-line treatment. The diffusion of voriconazole through the blood-brain barriers in the context of cerebral infection and cyclosporine administration is crucial and remains a matter of debate. To address this issue, the pharmacokinetics of voriconazole were assessed in the plasma, cerebrospinal fluid (CSF), and brain, in an experimental model of cerebral scedosporiosis in rats receiving or not cyclosporine. A single dose of voriconazole (30 mg/kg, i.v.) was administrated to six groups of rats randomized according to the infection status and the cyclosporine dosing regimen (no cyclosporine, a single dose or three doses 15 mg/kg each). Voriconazole concentrations in plasma, CSF, and brain samples were quantified using UPLC-MS/MS and HPLC-UV methods and documented up to 48 hours after administration. Pharmacokinetic parameters were estimated using a non-compartmental approach. Voriconazole pharmacokinetic profiles were similar for plasma, CSF, and the brain in all groups studied. Voriconazole Cmax and AUC0=>48h were significantly higher in the plasma than in the CSF (CSF/plasma ratio, median [range] = 0.5 [0.39-0.55] for AUC0=>48h and 0.47 [0.35 and 0.75] for Cmax). Cyclosporine administration was significantly associated with an increase in voriconazole exposure in the plasma, CSF, and brain. In the plasma but not in the brain, an interaction between the infection and cyclosporine administration reduced the positive impact of cyclosporine on voriconazole exposure. Together these results emphasize the impact of cyclosporine on the brain voriconazole exposure

Modèles expérimentaux de scédosporiose cérébrale

Scedosporium apiospermum est un champignon tellurique, parfois responsable d’atteintes cérébrales au pronostic souvent redoutable, aussi bien chez l’immunodéprimé tel que le transplanté pulmonaire, que chez l’immunocompétent dans le cadre des quasi-noyades. Le peu de sensibilité du champignon aux antifongiques et la faible perméabilité de la barrière hématoencéphalique justifient une adaptation de la posologie de manière à obtenir une concentration efficace au niveau cérébral tout en limitant le risque d’effets indésirables. En effet, la diffusion du médicament au niveau cérébral est conditionnée par différents paramètres comme l’intégrité de la barrière hématoencéphalique et l’activité de protéines d’efflux (Pgp). Pour pouvoir apprécier cette diffusion, deux modèles expérimentaux ont été développés chez le rat immunodéprimé ou immunocompétent. Différents inocula (102 à 107 spores de la souche IHEM 3817) ont été administrés dans la veine pénienne. Pour le suivi des rats, un outil clinique a été mis au point, basé sur l’évolution du poids, les signes cliniques et les signes neurologiques objectivés par le test de suspension par la queue. Chaque paramètre a été évalué sur une échelle de 0 à 4 et la somme des résultats ainsi obtenus nous a permis de déterminer un stade clinique (de 0 à 4). La confirmation de l’atteinte cérébrale a été apportée par le suivi des rats par imagerie de résonance magnétique nucléaire (IRM), et par l’étude anatomopathologique du tissu cérébral après coloration à l’HES ou imprégnation argentique de Gomori-Grocott. Du voriconazole ou du posaconazole ont ensuite été administrés à dose de 10 à 50 mg/kg par jour, respectivement par voie intraveineuse ou par gavage. La dose efficace a été déterminée selon deux critères : le doublement de la durée de survie et l’absence de séquelles neurologiques. Les doses de 105 spores pour le rat immunodéprimé et de 106 spores pour l’animal immunocompétent entraînent la mort des animaux en 7,9 et 4,4 jours, respectivement. Dans les deux modèles, le rat présente à j2 des signes cliniques (hémorragie des muqueuses, dos voûté…), puis des signes neurologiques (troubles locomoteurs...). Le stade ultime (stade 4) est caractérisé par l’apparition d’une respiration abdominale. À j1, l’IRM ne met en évidence aucune anomalie. Par contre, à j3, les rats immunocompétents présentent une atteinte périphérique, puis plus diffuse avec la présence de nombreux hypersignaux à j5, alors que chez le rat immunodéprimé, l’atteinte est d’emblée diffuse. La diffusion du gadolinium signe la perte d’intégrité de la barrière hématoencéphalique. L’analyse anatomopathologique des foyers visualisés en IRM met en évidence la présence de filaments mycéliens. Dans ces modèles, quel que soit le statut immunitaire, les doses efficaces sont de 30 mg/kg par jour pour le voriconazole et de 50 mg/kg par jour pour le posaconazole. Deux modèles animaux de scédosporiose disséminée ont donc été mis au point, pour lesquels l’atteinte cérébrale a été confirmée par l’IRM et l’anatomopathologie. De nouvelles expériences seront conduites dans ces modèles en associant au triazolé un inhibiteur de la Pgp et des études pharmacocinétiques seront conduites afin d’établir une modélisation PK-PD