Influence of Intracellularly Active Antibiotics (Fosfomycin, Rifampin, Sulfamethoxazole, Trimethoprim) on Normal Neutrophil Function in vitro

Summary

In previous studies, fosfomycin (FOS), rifampin (RIF), sulfamethoxazole (SMZ) and trimethoprim (TMP) have been shown to accumulate within polymorphonuclear leukocytes (PMN, neutrophils) and to be active against intracellular staphococci. In order to investigate wheter intra-cellular accumulation of these agents influences normal PMN function, several important parameters (chemiluminescence, O₂-comsumption and generation of superoxide-anion (O₂−) by stimulated PMN, chemotaxis, phagocytosis) were tested in the presence of different antibiotic concentrations. FOS and SMZ significantly enhanced chemiluminescence (FOS: + 220.9% at 1000 mg/l, SMZ: + 1128.1% at 80 mg/l, p < 0.0005). The effect was dose-dependent and completely reversible upon removal of the agents. In case of fosfomycin, it was accompanied by increased O₂-consumption at high concentrations. Generation O₂− was unaffected.

In proportion to the extracellular drug concentration, RIF induced a significant drop both in chemiluminescence (18.3% at 50 mg/l) and O₂−-generation (46.5% at 50 mg/l, p < 0.0005), which was reversible too. Chemotaxis was not influenced by neither of the agents and only RIF significantly reduced the rate of phagocytosed yeast particles (41.4% at 50 mg/l, p < 0.0005).

It remains to be established whether these in-vitro findings are relevant to immunocompromised patients in-vivo under certain conditions.

Zusammenfassung

Die intrazelluläre Anreicherung von Antibiotika in Granulozyten und Makrophagen scheint bei einer Reihe von Erkrankungen mit chronischen intrazellulären Infekten eine wesentliche therapeutische Rolle zu spielen. In früheren Untersuchungen wurde die Penetration von Fosfomycin, Rifampin, Sulfamethoxazol und Trimethoprim und die intrazelluläre Anreicherung dieser Substanzen in Granulozyten beobachtet. Es besteht ein umgekehrt proportionales Verhältnis zwischen der Polarität von Antibiotika und ihrer intrazellulären Anreicherung. Lipophile Substanzen, wie Rifampin, Erythromycin, Clindamycin, Sulfamethoxazol und Trimethoprim, werden in Granulozyten angereichert, während hydrophile (polare) Präparate, wie β-Lactam-Antibiotika (Penicillin, Cephalosporine) und Aminoglykoside, nicht in Granulozyten penetrieren. Fosfomycin bildet insofern eine Ausnahme als es als hydrophile Substanz um den Faktor 1.8–2.1 im Vergleich zu Serum in Granulozyten angereichert wird.

Untersuchungen von Granulozyten von Patienten mit chronischer Granulomatose zeigten, daß die antimikrobielle Wirksamkeit von Antibiotika erhalten bleibt. Gleichzeitig konnte man jedoch in neueren Untersuchungen beobachten, daß verschiedene Antibiotika intrazellulär einen unerwünschten Einfluß auf spezifische und unspezifische Abwehrfunktionen ausüben.

Es war nun von Interesse, den Einfluß von Fosfomycin, Rifampin, Sulfamethoxazol und Trimethoprim in unterschiedlichen Konzentrationen auf verschiedene funktioneile Parameter normaler menschlicher Granulozyten zu untersuchen.

Untersucht wurden die Chemilumineszenz und die intrazelluläre Bildung freier Sauerstoffradikale. Fosfomycin und Sulfamethoxazol steigerten die Chemilumineszenz um 220 bzw. 1128%. Die Wirkung dieser beiden Substanzen war dosisabhängig und nach Auswaschung des Präparates vollständig reversibel. Die Steigerung der Chemilumineszenz beruht wahrscheinlich auf einem extrazellulären Mechanismus. Die Bildung freier Sauerstoffradikale war durch keines dieser Präparate beeinflußt.

Im Gegensatz dazu führte Rifampin zu einer substantiellen Verringerung der Chemilumineszenz (18%) und O₂−-Generation (46.5%).

Auch der Sauerstoffverbrauch durch PMA- oder OPZ-stimulierte Granulozyten wurde untersucht; es konnte durch keines dieser Medikamente ein negativer Einfluß auf den Sauerstoffverbrauch beobachtet werden. Fosfomycin steigerte jedoch parallel zur Steigerung der Chemilumineszenz auch den Sauerstoffverbrauch in den Granulozyten.

Fosfomycin, Sulfamethoxazol und Trimethoprim zeigen keinen Einfluß auf die Chemotaxis und Phagozytose von Keimen; unter Rifampin wurde eine signifikant verminderte Phagozytose von Hefepartikeln beobachtet (41.4%).

Mit Ausnahme von Rifampin zeigte keines der untersuchten Präparate (Fosfomycin, Sulfamethoxazol und Trimethoprim) einen hemmenden Einfluß auf die Funktionen von Granulozyten.

Die klinische Relevanz dieser In-vitro-Untersuchungen bei immunsup-primierten Patienten ist jedoch noch nicht bewiesen und bedarf weiterer klinischer Untersuchungen.