Фармакокинетика препаратов бактериофагов

Николай Васильевич Пименов, д.б.н., профессор, заведующий кафедрой иммунологии и биотехнологии, pimenov-nikolai@yandex.ru

Московская государственная академия ветеринарной медицины и биотехнологии – МВА имени К. И. Скрябина (г. Москва, Россия)

Инфекционные заболевания бактериальной природы в животноводстве и птицеводстве сохраняют высокую значимость, а рост устойчивости возбудителей к противомикробным препаратам повышает интерес к альтернативным этиотропным подходам, включая бактериофаговые препараты. В статье обобщены данные по фармакокинетике бактериофагов при основных путях введения у животных с акцентом на интерпретацию экспозиции. Показано, что сопоставимость исследований ограничивается различиями методов учёта (бляшкообразующие единицы и количественная полимеразная цепная реакция) и выбором биологических матриц. Рассмотрены факторы, влияющие на пероральное применение (инактивация в желудочно-кишечном тракте, доставка к бактериальной мишени), и ограничения пероральных схем при первично системных инфекциях. В качестве примера обсуждены опубликованные данные по комбинированному колисальмонеллёзному бактериофаговому препарату «Эшрифаг».

Инфекционные заболевания бактериальной природы остаются значимой причиной потерь в животноводстве и птицеводстве, а рост устойчивости бактерий к противомикробным препаратам снижает предсказуемость традиционной терапии. В этих условиях бактериофаговые препараты рассматриваются как этиотропный подход, однако результаты бактериофаговой терапии (фаготерапии) в практике нередко вариабельны; одним из факторов воспроизводимости является экспозиция — количество инфекционно активных частиц в целевом компартменте и длительность их присутствия.

Классическая фармакокинетика (ФК) описывает поступление, распределение и элиминацию действующего агента. Для бактериофагов интерпретация ФК усложняется возможной репликацией при наличии чувствительной бактериальной популяции; поэтому профиль «титр–время» определяется соотношением введённой дозы, клиренса и условий взаимодействия фаг–бактерия [3]. Существенным ограничением сопоставимости данных является метод учёта: титрование в бляшкообразующих единицах отражает инфекционно активную фракцию, тогда как количественная полимеразная цепная реакция фиксирует геномные копии и может учитывать инактивированные частицы [4, 5].

Для производственной ветеринарии, где применяются групповые схемы через воду/корм и аэрозольно, принципиальна экспозиция на слизистых желудочно-кишечного и респираторного трактов. По препарату «Эшрифаг» опубликованы данные о производственных схемах применения и об этиотропной активности in vitro [1, 2], однако стандартизированные профили «титр–время» в целевых матрицах представлены ограниченно. Настоящая статья посвящена ФК бактериофаговых препаратов в ветеринарии и требованиям к количественной оценке экспозиции, необходимым для обоснования режимов дозирования [4, 5].

Материалы и методы. Исследование выполнено на основе анализа научных публикаций по фармакокинетике бактериофагов у животных, индексируемых в Scopus, PubMed, Web of Science и eLIBRARY.RU. В работе использованы методы критического анализа и синтеза, сравнительного анализа и систематизации данных. Данные структурировали по путям введения и способам количественной оценки экспозиции (бляшкообразующие единицы и количественная полимеразная цепная реакция).

Результаты исследований и обсуждение. Фармакокинетика бактериофаговых препаратов определяется поступлением, распределением и элиминацией; дополнительно, при наличии чувствительного возбудителя в очаге инфекции, на динамику титра может влиять репликация фага. Поэтому изменение титра инфекционно активных частиц во времени отражает сочетание введённой дозы, клиренса со стороны организма хозяина и условий взаимодействия фаг–бактерия в целевом компартменте [3]. Практическая интерпретация таких кривых требует учитывать, что при отсутствии бактериальной мишени наблюдаемая динамика, как правило, описывает преимущественно процессы распределения и удаления, тогда как при высокой бактериальной нагрузке возможны отличающиеся профили за счёт репликации.

Сопоставимость фармакокинетических данных зависит от методов количественного учёта и исследуемых матриц. В обзорах отмечается, что данные по биодоступности, биораспределению и элиминации не всегда легко сопоставимы из-за различий в путях введения, дизайне исследований и схемах отбора проб [4]. В качестве показателя экспозиции часто используют титр инфекционно активных частиц в бляшкообразующих единицах (БОЕ). Количественная полимеразная цепная реакция (кПЦР) отражает геномные копии и может учитывать инактивированные частицы; следовательно, результаты кПЦР и БОЕ не являются взаимозаменяемыми и требуют раздельной интерпретации при сравнении режимов дозирования и при оценке связи «экспозиция–эффект» [4, 5].

Таким образом, путь введения в значительной степени определяет целевой компартмент, профиль экспозиции и ограничения интерпретации результатов. Далее приведен анализ данных по отдельным путям введения.

Для парентерального введения экспериментальные работы обсуждают факторы быстрого снижения титра в кровотоке, включая участие нейтрофилов и печени в клиренсе фаговых частиц [6, 7]. В условиях системного применения это может приводить к кратковременной циркуляции даже при высоких исходных дозах. С практической точки зрения это означает, что выбор кратности и длительности курса целесообразно обосновывать данными профиля «титр–время» (предпочтительно по БОЕ) в плазме и, при необходимости, в тканях-мишенях, поскольку только исходный титр введённого препарата не отражает длительность экспозиции [4, 5].

При повторных введениях отмечено снижение ранней плазменной экспозиции по сравнению с первой дозой (на модели внутривенного введения у крыс — через 5 минут на 2–3 log10 ниже), что позволяет предполагать уменьшение фактической экспозиции по мере курса [8]. Такой эффект имеет значение для повторяемых циклов применения, когда режим формально не меняется, а измеряемая экспозиция может снижаться. На кинетику также может влиять инфекционный контекст: показано, что иммунный ответ на бактериальную инфекцию способен изменять параметры удаления фага in vivo, поэтому перенос данных от клинически интактных животных на инфицированных требует осторожности и, по возможности, подтверждения измерениями экспозиции в релевантных матрицах [11].

Для производственной ветеринарии наибольшее значение имеют пероральные и аэрозольные пути применения. При пероральном введении эффективность определяется сохранением инфекционно активной фракции при транзите через верхние отделы желудочно-кишечного тракта и достижением участков кишечника, где локализована бактериальная мишень; кислая среда желудка и протеолитические факторы могут снижать титр. Показано, что микроинкапсулирование повышало желудочно-кишечную выживаемость бактериофагов у цыплят, а для липосомных форм отмечена повышенная устойчивость к условиям, моделирующим желудочную среду [9, 10]. При этом выявление фага в кишечных матрицах не всегда означает достижение бактериальной мишени, поскольку контакт с возбудителем зависит от распределения в просвете, диффузии в слизистом слое и локализации бактериальной популяции. В связи с этим для оценки пероральных режимов требуется количественное описание профиля «титр–время» в релевантных пробах с предпочтительным определением БОЕ, а также указание условий введения, влияющих на сохранность и доставку фага [4, 5].

При генерализованных инфекциях ожидаемый эффект предполагает экспозицию в крови и/или тканях-мишенях; в обзорах подчёркивается, что системная биодоступность при пероральном введении может быть ограниченной и вариабельной, поэтому обоснование таких схем требует данных о измеряемой системной экспозиции [4, 5]. Это особенно важно при первично системных процессах, где терапевтическая цель находится вне кишечного компартмента, и оценка эффективности по кишечным матрицам не отражает экспозицию в крови или органах. Для аэрозольного и местного применения воспроизводимость экспозиции зависит от технологических условий (параметры аэрозоля, вентиляция, плотность посадки); при курсах возможно участие нейтрализующих механизмов, что отмечено в модели на овцах [12].

По препарату «Эшрифаг» опубликованы данные о схемах применения и оценке эффективности в условиях промышленного птицеводства, а также результаты оценки этиотропной активности in vitro [1, 2]. Вместе с тем фармакокинетическое обоснование пероральных и аэрозольных режимов предполагает количественные данные о динамике титра во времени в целевых матрицах (кишечные пробы/мазки; смывы дыхательных путей) с предпочтительным определением БОЕ и учётом повторных введений; такие данные необходимы для сопоставления режимов и для корректной интерпретации воспроизводимости эффекта в различных производственных условиях [4, 5].

Бактериофаговые препараты рассматриваются как этиотропный инструмент в ветеринарии, однако воспроизводимость эффекта во многом определяется экспозицией в целевых компартментах. В статье обобщены данные по фармакокинетике бактериофагов при основных путях введения у животных с акцентом на интерпретацию показателей экспозиции. Показано, что сопоставимость исследований ограничивается различиями методов учёта (бляшкообразующие единицы и количественная полимеразная цепная реакция) и выбором биологических матриц. Отдельно рассмотрены факторы, влияющие на пероральное применение (инактивация в условиях желудочно-кишечного тракта, доставка к бактериальной мишени), а также ограничения пероральных схем при первично системных инфекциях. В качестве примера обсуждены опубликованные данные по комбинированному колисальмонеллёзному бактериофаговому препарату «Эшрифаг».

Заключение. Фармакокинетика бактериофаговых препаратов у животных определяется дозой и путём введения, а также условиями взаимодействия фаг–бактерия, включая возможную репликацию при наличии чувствительного возбудителя. Сопоставимость опубликованных данных ограничивается различиями методик количественного учёта и выбором биологических матриц; при интерпретации экспозиции необходимо разграничивать титр инфекционно активных частиц (бляшкообразующие единицы) и показатели количественной полимеразной цепной реакции [4, 5].

При парентеральном введении системная экспозиция может быть кратковременной вследствие быстрого клиренса, а при повторных введениях возможны изменения измеряемой экспозиции по мере курса [6–8]. Для перорального применения ключевыми остаются сохранение инфекционно активной фракции при прохождении желудочно-кишечного тракта и достижение бактериальной мишени в кишечнике; формуляционные подходы способны повышать устойчивость к условиям желудочно-кишечного тракта, однако требуют количественного подтверждения профилями «титр–время» в релевантных матрицах [4, 5, 9, 10]. При первично системных инфекциях обоснование пероральных схем должно опираться на данные о измеряемой системной экспозиции в крови и/или тканях-мишенях [4, 5].

По препарату «Эшрифаг» опубликованы данные о производственных схемах применения и об этиотропной активности in vitro [1, 2], при этом стандартизированные фармакокинетические профили в целевых биологических матрицах представлены ограниченно. Верификация режимов дозирования в ветеринарии требует минимально достаточного фармакокинетического дизайна: определение инфекционно активного титра (бляшкообразующие единицы), релевантные матрицы и временные точки, а также учёт повторных введений [4, 5].

ЛИТЕРАТУРА

1. Лаишевцев А. И., Смирнов Д. Д., Ежова Е. Г. Результаты клинического испытания средства на основе коли-сальмонеллезных бактериофагов в промышленном птицеводстве // Вестник Ульяновской государственной сельскохозяйственной академии. 2023. № 3 (63). С. 113–119. DOI: 10.18286/1816–4501-2023-3-113-119.

2. Пименов Н. В., Лаишевцев А. И. Этиотропная активность комбинированного препарата «Эшрифаг» in vitro // Ветеринария, зоотехния и биотехнология. 2023. № 10. DOI: 10.36871/vet.zoo.bio.202310007.

3. Payne R. J. H., Jansen V. A. A. Pharmacokinetic principles of bacteriophage therapy // Clinical Pharmacokinetics. 2003. Vol. 42, No. 4. P. 315–325. DOI: 10.2165/00003088-200342040-00002.

4. Dąbrowska K. Phage therapy: What factors shape phage pharmacokinetics and bioavailability? Systematic and critical review // Medicinal Research Reviews. 2019. Vol. 39, No. 5. P. 2000–2025. DOI: 10.1002/med.21572.

5. Dąbrowska K., Abedon S. T. Pharmacologically aware phage therapy: Pharmacodynamic and pharmacokinetic obstacles to phage antibacterial action in animal and human bodies // Microbiology and Molecular Biology Reviews. 2019. Vol. 83, No. 4. Art. e00012-19. DOI: 10.1128/MMBR.00012-19.

6. Echterhof A., Dharmaraj T., Khosravi A., et al. The contribution of neutrophils to bacteriophage clearance and pharmacokinetics in vivo // JCI Insight. 2024. Vol. 9, No. 20. Art. e181309. DOI: 10.1172/jci.insight.181309.

7. Sánchez Romano J., Simón-Santamaría J., McCourt P., et al. Liver sinusoidal cells eliminate blood-borne phage K1F // mSphere. 2024. Vol. 9, No. 3. Art. e00702-23. DOI: 10.1128/msphere.00702-23.

8. Tan X., Chen K., Jiang Z., et al. Evaluation of the impact of repeated intravenous phage doses on mammalian host–phage interactions // Journal of Virology. 2024. Vol. 98, No. 1. Art. e01359-23. DOI: 10.1128/jvi.01359-23.

9. Lorenzo-Rebenaque L., Malik D. J., Catalá-Gregori P., Marin C., Sevilla-Navarro S. In vitro and in vivo gastrointestinal survival of non-encapsulated and microencapsulated Salmonella bacteriophages: Implications for bacteriophage therapy in poultry // Pharmaceuticals (Basel). 2021. Vol. 14, No. 5. Art. 434. DOI: 10.3390/ph14050434.

10. Colom J., Cano-Sarabia M., Otero J., Cortés P., Maspoch D., Llagostera M. Liposome-encapsulated bacteriophages for enhanced oral phage therapy against Salmonella spp. // Applied and Environmental Microbiology. 2015. Vol. 81, No. 14. P. 4841–4849. DOI: 10.1128/AEM.00812-15.

11. Hodyra-Stefaniak K., Miernikiewicz P., Drapała J., et al. Mammalian host–versus–phage immune response determines phage fate in vivo // Scientific Reports. 2015. Vol. 5. Art. 14802. DOI: 10.1038/srep14802.

12. Peez C., Chen B., Henssler L., et al. Evaluating the safety, pharmacokinetics and efficacy of phage therapy in treating fracture-related infections with multidrug-resistant Staphylococcus aureus: Intravenous versus local application in sheep // Frontiers in Cellular and Infection Microbiology. 2025. Vol. 15. Art. 1547250. DOI: 10.3389/fcimb.2025.1547250.