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Réanimation 15 (2006) 214–220
http://france.elsevier.com/direct/REAURG/
Mise au point
Modèles expérimentaux : quels modèles peuvent encore apporter
des informations dans le traitement des infections bactériennes ?
Experimental infections: which models can still provide
information for the treatment of bacterial infections?
B. Fantin *
Service de médecine interne, hôpital Beaujon, APHP et faculté de médecine,
université Paris-7 Denis-Diderot, EA3964, « Émergence de la résistance bactérienne in vivo », Paris, France
Résumé
Les modèles expérimentaux apportent des informations indispensables pour l’utilisation optimale des antibiotiques et le traitement des infections bactériennes. Les modèles non discriminants d’infection de cuisse ou de poumon de souris permettent de déterminer le paramètre pharmacocinétique–pharmacodynamique prédictif de l’activité in vivo et de donner des recommandations sur les modalités optimales d’administration
chez l’homme. Ces modèles peuvent également définir précisément les concentrations critiques classant les souches bactériennes en sensibles ou
résistantes en fonction des résultats obtenus in vivo. Dans l’évaluation d’une nouvelle molécule antibiotique, des modèles plus discriminants
comme l’endocardite, l’ostéite, la pneumopathie ou la méningite expérimentale peuvent être utilisés pour comparer l’activité antibactérienne à
celle d’un traitement de référence et étudier la diffusion tissulaire. Les modèles expérimentaux sont particulièrement utiles pour évaluer l’impact
d’un mécanisme de résistance sur l’activité d’une antibiothérapie en terme d’effet bactéricide et de sélection de mutants résistants. Enfin, l’approche expérimentale reste la plus fine pour étudier l’intérêt potentiel et le mécanisme du bénéfice d’une association d’antibiotiques ou d’une
association à un traitement non antibiotique.
© 2006 Société de Réanimation de Langue Française. Publié par Elsevier SAS. Tous droits réservés.
Abstract
Experimental models of infection provide essential information for the optimal use of antimicrobial agents and the treatment of bacterial
infections. Simple models of thigh or lung infection in mice allow to determine the pharmacokinetic–pharmacodynamic parameter that is predictive of in vivo efficacy and therefore to give recommendations for optimal dosing of antimicrobial agents in human. These models can also
define breakpoints classifying bacterial strains as susceptible or resistant based on in vivo observations. For the study of investigational molecules, more discriminating models such as endocarditis, osteomyelitis, pneumonia or meningitis in rats or rabbits can be used to compare the anti
bacterial efficacy to the effect of the reference treatment and to study tissue distribution. Experimental models of infections are of major interest
to investigate the impact of a given mechanism of resistance on the activity of antimicrobials, in terms of bactericidal effect and emergence of
resistant mutants. Finally, the experimental approach remains the finest one to study the potential interest and the mechanism of the benefice of a
combination of antibiotics or a combination to a non-antibiotic treatment.
© 2006 Société de Réanimation de Langue Française. Publié par Elsevier SAS. Tous droits réservés.
Mots clés : Antibiotiques ; Modèle animal expérimental ; Pharmacodynamie ; Pharmacocinétique ; Résistance antibiotique ; Association d’antibiotiques
Keywords: Antibiotics; Experimental animal models; Pharmacodynamics; Pharmacokinetics; Antibiotic resistance; Drug combinations
* Auteur
correspondant. Service de médecine interne, hôpital Beaujon, 100, boulevard du Général-Leclerc, 92110 Clichy, France.
Adresse e-mail : [email protected] (B. Fantin).
1624-0693/$ - see front matter © 2006 Société de Réanimation de Langue Française. Publié par Elsevier SAS. Tous droits réservés.
doi:10.1016/j.reaurg.2006.03.001
B. Fantin / Réanimation 15 (2006) 214–220
1. Introduction
La question de la place des modèles d’infection expérimentale pour aider à optimiser le traitement des états infectieux
graves chez l’homme continue de se poser. En effet, on pourrait considérer que les données in vitro intégrées aux données
pharmacocinétiques de phase I chez l’homme suffisent pour
définir la meilleure stratégie d’utilisation des antibiotiques et
de traitement des infections bactériennes sévères mettant en
jeu le pronostic vital. Cette tendance est apparue d’autant plus
clairement que les conditions d’utilisation de tels modèles sont
devenues de plus en plus difficiles et contraignantes, tant au
plan éthique que logistique. Aussi, est-il particulièrement important d’analyser de façon critique les apports significatifs de
ces modèles. Nous le ferrons en nous limitant à l’apport des
modèles expérimentaux pour le traitement des infections bactériennes graves. Trois types d’approche sont spécifiques aux
modèles expérimentaux.
1.1. L’approche pharmacocinétique–pharmacodynamique
Utilisant des modèles expérimentaux simples, elle permet
d’étudier la corrélation entre les données pharmacocinétiques et
l’activité in vivo et de déterminer le paramètre pharmacocinétique–pharmacodynamique prédictif de l’activité chez la souris
et chez l’homme. Ces données permettent d’établir des recommandations sur les modalités optimales d’administration chez
l’homme. Ces modèles peuvent également définir précisément
les concentrations critiques classant les souches bactériennes en
sensibles ou résistantes en fonction des résultats obtenus in vivo.
1.2. L’évaluation d’une nouvelle molécule antibiotique
Des modèles plus discriminants comme l’endocardite, l’ostéite, la pneumopathie ou la méningite expérimentale peuvent
être utilisés pour comparer l’activité antibactérienne d’une nouvelle molécule à celle d’un traitement de référence et d’étudier
sa diffusion tissulaire.
1.3. L’évaluation de l’impact d’un mécanisme de résistance
sur l’activité d’une antibiothérapie
Cet impact se traduit en terme d’effet bactéricide et de
sélection de mutants résistants. L’émergence de la résistance
bactérienne est, en effet, un problème clinique et écologique
majeur notamment en réanimation. L’intérêt potentiel d’associations d’antibiotiques pour augmenter la bactéricidie ou pour
prévenir l’émergence de la résistance est particulièrement bien
évalué par l’approche expérimentale.
2. Apports des modèles expérimentaux dans l’étude
pharmacocinétique et pharmacodynamique
des antibiotiques
L’étude de la relation entre la dose et l’effet d’un médicament impose nécessairement l’étude in vivo, qu’elle soit expé-
215
rimentale chez l’animal d’expérience ou clinique. En effet,
l’étude in vitro ne peut qu’étudier la relation entre une concentration fixe et l’effet : détermination de la concentration minimale inhibitrice (CMI), de la concentration minimale bactéricide (CMB), voire étude de la vitesse de bactéricidie au cours
du temps pour différentes concentrations.
Le problème méthodologique qui limite l’extrapolation simple des données animales de pharmacodynamie à l’homme
tient à la différence en termes pharmacocinétiques : plus l’animal est petit (et facile d’utilisation), plus la clairance est élevée
et la demi-vie d’élimination courte, et plus la pharmacocinétique est éloignée de celle de l’homme [1] (Tableau 1).
Pour éviter ce problème et fournir des données qui ne sont
pas entachées d’un biais méthodologique majeur, l’approche
expérimentale consiste à étudier chez le petit animal (souris)
une multitude de doses différentes pour définir la relation
dose–effet in vivo et générer des paramètres pharmacodynamiques d’activité in vivo : par exemple dose nécessaire pour obtenir un effet bactériostatique ou pour prévenir la mortalité [1,
2]. Les modèles utilisés sont le plus souvent des modèles murins d’infection de cuisse ou de poumon permettant l’infection
d’un grand nombre d’animaux. On peut alors comparer l’activité intrinsèque de plusieurs molécules de la même classe :
plus la dose nécessaire pour obtenir un effet in vivo donné sera
faible, plus l’antibiotique aura une activité intrinsèque importante [3].
De même, en multipliant les doses et les intervalles de
temps entre chaque dose pendant une période de temps définie
(24 heures le plus souvent), on peut étudier la relation entre
différents paramètres pharmacocinétiques–pharmacodynamiques (PK–PD) et l’activité in vivo et ainsi définir par analyse
multivariée le paramètre qui prédit le mieux l’activité in vivo :
rapport pic/CMI, aire-sous-courbe/CMI, temps pendant lequel
les concentrations sont supérieures à la CMI. Cette approche,
qui intervient généralement très tôt dans le développement
d’un nouvel antibiotique, est essentielle puisqu’elle permet de
définir quel paramètre PK–PD doit être optimisé pour les études de phase II chez l’homme d’une part, et quelle valeur seuil
du paramètre PK–PD il est nécessaire d’atteindre pour optimiser l’effet antibactérien chez l’homme [4,5] d’autre part.
Ainsi, pour les bêtalactamines, c’est le temps pendant lequel
les concentrations sériques sont supérieures à la CMI qui est le
mieux corrélé à l’activité in vivo dans différents modèles expérimentaux (Fig. 1) [1,2,4]. Cependant, le temps pendant lequel
les concentrations sériques doivent être supérieures à la CMI
(T > CMI) varie en fonction du site infectieux, de l’existence
ou non d’une neutropénie, du couple antibiotique–bactérie et
Tableau 1
Exemple de demi-vies d’élimination chez la souris et l’homme pour différents
antibiotiques
Antibiotique
Amikacine
Imipénème
Céfazoline
Ciprofloxacine
Minocycline
Demi-vies d’élimination en minutes
Souris
Homme
17
104
8
60
15
108
32
240
120
1080
216
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Fig. 1. Relation entre le temps pendant lequel les concentrations sériques
d’amoxicilline et d’amoxicilline–clavulanate sont supérieures à la CMI et la
variation des comptes bactériens après 24 ou 48 heures de traitement dans
l’infection de cuisse ou de poumon de la souris neutropénique pour de
nombreuses souches de Streptococcus pneumoniae [5].
de l’existence ou non d’un effet post-antibiotique. Par exemple,
dans les modèles murins de pneumonie à pneumocoque ou à
bacille Gram négatif (BGN) (Klebsiella pneumoniae notamment), un effet bactériostatique est observé pour des T supérieur à CMI de l’ordre de 30–40 % et l’effet bactéricide maximum pour des T supérieur à CMI de l’ordre de 60–70 % [4].
Ces résultats incitent donc à optimiser ce paramètre en raccourcissant l’intervalle de temps entre chaque administration pour
les molécules dont la demi-vie d’élimination est courte, comme
les pénicillines et la plupart des céphalosporines.
À l’inverse, pour les fluoroquinolones et les aminosides,
l’aire sous-courbe 0–24 heures/CMI (ASC/CMI) et le rapport
pic/CMI ont été constamment retrouvés dans différents modèles expérimentaux comme les deux paramètres PK–PD prédictifs de l’activité in vivo des quinolones [1,2,4]. Il est important
de noter que ces deux paramètres sont extrêmement interdépendants et corrélés, si bien que la discrimination entre les deux
est souvent difficile méthodologiquement et nécessite une puissance statistique importante. En pratique, ces résultats indiquent que la dose totale quotidienne plutôt que le rythme d’administration est le paramètre associé à l’activité in vivo pour
ces classes thérapeutiques.
3. Apports des modèles expérimentaux pour définir
les concentrations critiques
À un stade plus avancé du développement d’un antibiotique,
quand sa posologie est définie chez l’homme, les modèles expérimentaux prennent une place croissante pour aider à définir
les concentrations critiques chez l’homme, c’est-à-dire les CMI
définissant les souches bactériennes comme sensibles, intermédiaires ou résistantes à l’antibiotique testé. L’approche « microbiologique » consiste à définir de façon théorique ces concentrations en fonction de la distribution des valeurs des CMI dans
la population bactérienne étudiée d’une part, et des concentrations obtenues chez l’homme d’autre part. L’approche PK–PD
est beaucoup plus pragmatique puisqu’elle consiste à reproduire la pharmacocinétique humaine chez l’animal, et à tester
l’activité in vivo dans différents modèles animaux pour des
souches de CMI croissantes [5]. Ainsi, les souches sensibles
sont celles pour lesquelles le traitement permet d’obtenir une
activité in vivo et les souches résistantes celles pour lesquelles
il disparaît. En conséquence, des valeurs de concentration permettant de classer les souches d’une même espèce bactérienne
en sensibles, intermédiaires ou résistantes peuvent être définies
expérimentalement grâce aux « concentrations critiques ». La
concentration critique inférieure correspond à la CMI jusqu’à
laquelle les souches se comportent in vivo comme des souches
sensibles au traitement, et la concentration critique supérieure à
la CMI à partir de laquelle les souches se comportent in vivo
comme des souches résistantes au traitement. L’intervalle entre
ces deux concentrations définit les souches intermédiaires.
Il est intéressant de noter qu’il peut exister une discordance
très importante entre les concentrations critiques définies par le
NCCLS (National Committee for Clinical Laboratory
Standards) et par une approche PK–PD : c’est le cas pour
Haemophilus influenzae, expliquant une très grande différence
dans l’appréciation des souches pour lesquelles une guérison
clinique est attendue [6]. Ainsi, l’approche PK–PD définit
une souche résistante à la clarithromycine pour des CMI égales
ou supérieures à 0,5 μg/ml, alors que le NCCLS considère une
souche comme sensible pour des CMI allant jusqu’à 8 μg/ml.
Par conséquent, les souches cliniques sont considérées dans la
quasi-totalité des cas comme résistantes avec l’approche PK–
PD et sensibles avec l’approche NCCLS. Une étude clinique
effectuée chez des patients ayant une bronchite chronique infectés à H. influenzae et traités par clarithromycine retrouve
80 % d’échec avec une CMI de 4–8 μg/ml, confirmant la justification de l’approche PK–PD des concentrations critiques
proposées [7].
4. Apports des modèles expérimentaux pour l’évaluation
d’un nouvel antibiotique
C’est l’approche la plus traditionnelle des modèles expérimentaux. Elle reste d’autant plus pertinente qu’elle peut être
réalisée dans des modèles d’infection sévère relativement proches de l’homme (endocardite, ostéite, pneumopathie et méningite) chez de plus gros animaux (lapins) pour lesquels la pharmacocinétique est très proche de celle des nourrissons ou peut
être « humanisée » grâce à des logiciels programmant le débit
de perfusion des molécules [8,9]. Les avantages de cette approche sont évidents : facteurs de variabilité expérimentale limités,
utilisation d’animaux témoins non traités, comparaison au traitement de référence, utilisation de souches dont le phénotype
ou mieux le génotype de résistance sont parfaitement connus.
Cette approche nécessite d’avoir déjà un minimum d’information sur la pharmacocinétique humaine de la molécule, son
profil d’activité microbiologique et son intérêt clinique potentiel pour choisir le bon modèle d’évaluation, la ou les souches
bactériennes pertinentes, les bonnes conditions d’administration de la molécule à tester et le bon comparateur [10].
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Les données expérimentales peuvent, par ailleurs, servir de
base aux recommandations de traitement des sociétés savantes,
notamment quand les données cliniques manquent. Par exemple, les données expérimentales ont été à l’origine des recommandations de l’utilisation de l’association céfotaxime–vancomycine dans la méningite à pneumocoque résistante à la
pénicilline chez l’enfant [11]. Cette association fait maintenant
référence en clinique alors que son bénéfice clinique n’a jamais
été établi par une étude prospective randomisée pour des
raisons éthiques. De même, la recommandation de ne pas administrer les aminosides une fois par jour dans l’endocardite
repose sur des données expérimentales non validées cliniquement [12].
5. Apports des modèles expérimentaux pour l’analyse
de la non-réponse in vivo
Un des intérêts majeurs des modèles expérimentaux reproduisant des situations cliniques d’infection sévère (endocardite,
ostéite, pneumopathie et méningite) est de contribuer à analyser le ou les facteurs limitant l’activité in vivo. Ces facteurs
sont de deux types et peuvent être abordés spécifiquement :
soit des problèmes de cinétique de diffusion de l’antibiotique
au sein du foyer infectieux ou d’interaction entre l’antibiotique
et la bactérie, soit une résistance phénotypique.
5.1. Analyse de la diffusion et de l’interaction antibiotique–
bactérie
Les problèmes de diffusion d’un antibiotique au sein d’un
foyer infectieux constitué peuvent être un facteur limitant
l’activité in vivo. La technique d’autoradiographie a permis
d’évaluer de façon semi-quantitative la diffusion de nombreux
antibiotiques notamment dans la végétation d’endocardite bactérienne [13]. La synthèse des résultats obtenus avec cette technique est présentée dans le Tableau 2, mettant en évidence trois
grands types de diffusion : homogène, gradient de diffusion
décroissante entre la périphérie et le centre de la végétation,
et diffusion hétérogène au sein de la végétation ou limitée en
périphérie [14–16]. Cette approche est intéressante mais ne
permet pas de savoir s’il y a eu ou non interaction entre l’antibiotique et la bactérie.
Une autre approche permettant d’analyser l’interaction entre
l’antibiotique et la bactérie à l’échelon individuel est d’utiliser
un gène rapporteur exprimant une protéine fluorescente identifiable en microscopie quand l’antibiotique a atteint sa cible
[17]. Cette approche tient compte de la double hétérogénéité
de la diffusion de l’antibiotique et de la répartition des bactéries au sein du foyer infectieux.
L’application pratique de ces notions consiste évidemment à
donner la priorité du choix à des molécules diffusant correctement dans le foyer infectieux considéré, quand les informations
existent. Ainsi, nous avons montré que le traitement de l’endocardite expérimentale du lapin à Staphylococcus aureus résistant aux macrolides–lincosamides–streptogramines B par l’association de quinupristine–dalfopristine–rifampicine est associé
à l’émergence de souches résistantes à la rifampicine [18] en
raison de la mauvaise diffusion de la dalfoprisitne (streptogramine A) au centre de la végétation [19]. Les bactéries situées
au centre des végétations ne sont exposées qu’à la quinupristine (streptogramine B) à laquelle elles sont résistantes et à la
rifampicine, à laquelle elles deviennent résistantes par mutation
en raison de la monothérapie effective par rifampicine au centre de la végétation. Cet exemple illustre le fait que la mauvaise
diffusion de certains antibiotiques au sein d’un foyer infectieux
puisse expliquer l’émergence de la résistance bactérienne, et
cela malgré une association d’antibiotiques, et ainsi la discordance entre l’activité in vitro et in vivo de certains traitements
antibiotiques.
5.2. Analyse de la résistance phénotypique
La résistance phénotypique caractérise la non-réponse in vivo des bactéries à un antibiotique, auquel elles sont parfaitement sensibles in vitro, en raison de l’environnement lié au
foyer infectieux. Les modèles animaux reproduisant des situations cliniques d’infections difficiles à traiter indépendamment
de la sensibilité du germe peuvent permettre d’analyser ces
différents facteurs : modèles d’infection sur prothèse osseuse
[20] qui mettent en évidence l’importance des bactéries adhé-
Tableau 2
Différents aspects de diffusion en autoradiographie des antibiotiques marqués au 3H ou au
Diffusion homogène
Bêtalactamines :
Amoxicilline
Clavulanate
Fluoroquinolones :
Péfloxacine
Témafloxacine
Sparfloxacine
Aminosides :
Tobramycine
Macrolides, streptogramines B :
Spiramycine
Quinupristine
Glycopeptides :
Daptomycine
217
14
C dans la végétation d’endocardite expérimentale [13–16]
Gradient de diffusion décroissante entre la
périphérie et le centre de la végétation
Bêtalactamines :
Ceftriaxone
Pénicilline
Streptogramine A :
Dalfopristine
Glycylcycline :
Tigecycline
Diffusion périphérique ou hétérogène au sein de la
végétation
Périphérique
Glycopeptide : teicoplanine
Hétérogène
Lipoglycopeptide : oritavancine
218
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rentes au corps étranger dans la non-réponse, modèle de myosite à streptocoque qui explique la non-réponse à la pénicilline
par la perte d’expression des protéines liant la pénicilline du
streptocoque après quelques heures dans le foyer [21], modèles
d’endocardite expérimentale qui mettent en évidence l’activité
métabolique réduite des bactéries au sein du foyer infectieux,
l’effet inoculum in vivo, la production d’exopolysaccharides
par certains germes, et l’absence initiale de phagocytes [14].
La compréhension de ces mécanismes permet de mieux définir la stratégie antibiotique et non antibiotique du traitement
des états infectieux graves :
● retrait de matériel étranger en cas d’infection osseuse et traitement antibiotique avant réimplantation d’une prothèse ;
● utilisation de clindamycine plutôt que de pénicilline dans les
formes sévères d’infection des parties molles à streptocoque
du groupe A ;
● nécessité de traiter, au moins quatre semaines, par la pénicilline une endocardite à streptocoque malgré son extrême
sensibilité in vitro à cet antibiotique.
6. Apport des modèles expérimentaux
pour l’étude de la résistance bactérienne
La diffusion de la résistance bactérienne, qu’il s’agisse des
germes responsables d’infections communautaires (Streptococcus pneumoniae notamment) ou d’infections nosocomiales
(S. aureus, Pseudomonas aeruginosa, entérobactéries), pose
des problèmes thérapeutiques majeurs.
L’intérêt des modèles expérimentaux est de pouvoir analyser dans des conditions rigoureuses l’impact d’un mécanisme
de résistance sur l’activité d’un antibiotique donné : conditions
expérimentales d’infection parfaitement définies et similaires
pour les animaux infectés par la souche sensible ou résistante,
utilisation préférentielle de couple isogénique de souches sans
et avec le mécanisme de résistance génotypiquement déterminé
[22,23]. Il s’agit, le plus souvent, d’étudier l’impact d’un bas
niveau de résistance puisque, par définition, un haut niveau de
résistance, conduisant à l’inefficacité in vitro, conduira nécessairement à l’inefficacité in vivo. Cette approche expérimentale
permet de s’affranchir de toutes les difficultés d’analyse des
études cliniques : variabilité de la gravité des patients notamment, entre ceux infectés par des souches sensibles ou résistantes, variabilité de l’infection, variabilité des souches.
Ainsi, nous avons montré que l’absence d’efficacité in vivo
de la vancomycine et de la teicoplanine dans le modèle d’endocardite expérimentale à Enterococcus faecium de phénotype
VanD était due essentiellement à l’importance de l’effet inoculum retrouvé pour ces deux antibiotiques avec différentes souches [24].
L’autre intérêt majeur de l’approche expérimentale est de
pouvoir analyser l’impact d’un mécanisme ou d’un phénotype
de résistance donné non seulement en termes de bactéricidie
mais également en termes de sélection de sous-population résistante sélectionnée sous traitement [9,17,22–24]. Il est évident que l’intérêt clinique de ces résultats est lié, en outre, à
la pertinence clinique du mécanisme ou du phénotype de résistance étudié et du modèle infectieux utilisé (endocardite, méningite, pneumopathie essentiellement) [23–25]. Nous avons
ainsi montré en utilisant un couple isogénique de souches de
S. aureus de sensibilité normale ou diminuée aux glycopeptides
(phénotype GISA) que le traitement par teicoplanine est associé à une moindre activité contre la souche GISA que contre la
souche parentale sensible mais également à la sélection sous
traitement d’une sous-population encore plus résistante aux
glycopeptides. En revanche, l’activité de la vancomycine est
comparable pour les deux souches sans sélection de sous-population résistante [26].
7. Apport des modèles expérimentaux
pour l’étude des associations d’antibiotiques
L’évaluation clinique du bénéfice éventuel d’une association d’antibiotique est particulièrement difficile chez l’homme,
nécessitant des études randomisées avec un collectif important
de patients dans chaque bras si l’on souhaite prouver une supériorité dans des pathologies infectieuses bien définies. De
fait, le bénéfice d’une association dans des infections graves
en cliniques a rarement été démontré de façon rigoureuse.
Un des intérêts majeurs des modèles expérimentaux est de
pouvoir tester, dans un foyer infectieux donné, avec des souches bactériennes de phénotype et de génotype bien définis,
l’activité des monothérapies et de leur association en termes
de bactéricidie, de stérilisation du foyer infectieux et de mortalité [25]. L’intérêt de cette approche, en dehors bien sûr de la
connaissance du résultat de l’interaction in vivo des molécules
(indifférence, antagonisme, bénéfice), est de permettre de comprendre par quel mécanisme l’éventuel bénéfice in vivo est obtenu : vitesse de bactéricidie accrue, prévention de l’émergence
de mutants résistants sous traitement, addition de spectres complémentaires dans les infections polymicrobiennes [27]. Ainsi,
nous avons montré que l’association vancomycine–acide fusidique prévient de façon efficace l’émergence de souches de
S. aureus résistantes à l’acide fusidique sans pour autant apporter un bénéfice par rapport à la vancomycine seule en termes de
bactéricidie [28]. Au contraire, l’association de vancomycine et
de rifampicine apporte dans le même modèle un bénéfice en
termes de stérilisation des végétations et de vitesse de bactéricidie dans l’endocardite expérimentale à S. aureus résistant à la
méticilline, tout en prévenant l’émergence de souches résistantes à la rifampicine [29]. Ces données expérimentales sont particulièrement importantes à considérer cliniquement car ces
interactions observées in vivo n’étaient pas correctement prédites par les tests in vitro [28,29].
8. Apport des modèles expérimentaux dans l’évaluation
des thérapeutiques adjuvantes à l’antibiothérapie
Récemment, un des exemples cliniques les plus pertinents a
été l’étude de l’adjonction de dexaméthylasone dans le traitement des méningites bactériennes de l’adulte. Ce bénéfice clinique découle d’études expérimentales faites dans le modèle de
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219
Tableau 3
Modèles animaux les plus souvent utilisés pour l’étude du traitement antibiotique d’infections sévères
Modèles [Références]
Infection systémique
Infection de cuisse
Espèces
animales
Souris
Souris
Pneumopathie
Souris, rat
Méningite
Lapin
Lapin
Endocardite
Lapin
Péritonite
Souris
Rat
Espèces bactériennes
Divers
Divers
Streptococcus pneumoniae
Klebsiella pneumoniae
S. pneumoniae
S. pneumoniae
Haemophilus influenzae
Escherichia coli
Divers
Ostéite
Rat, lapin
Entérobactéries
Anaérobies
Entérocoques
Staphylococcus aureus
Infection de prothèse
osseuse
Choc septique ou
endotoxinique
Lapin
S. aureus
Souris, rat
Méthodes utilisées pour produire
l’infection
Inoculation intrapéritonéale
Inoculation dans la cuisse
Animaux neutropéniques ou non
Aérosolization ou instillation
intratrachéale
Instillation intratrachéale
Inoculation intracisternale
Cathéter transaortique
Inoculation intraveineuse
Inoculation intrapéritonéale
Adjonction de talc possible
Inoculation intrapéritonéale ou
geste chirurgical
Inoculation dans la métaphyse
tibiale ou intraveineuse après
lésions chimiques locales
Pose d’une prothèse tibiale
Inoculation directe
Injection de lipopolysaccharides,
perforation cæcale
méningite du lapin une dizaine d’année auparavant. Celles-ci
ont démontré le bénéfice par réduction de l’inflammation locale qui diminue potentiellement la diffusion des antibiotiques
dans le liquide céphalorachidien [30]. Le fait de pouvoir
contrôler tous les paramètres de l’infection, de mesurer l’évolution bactériologique et la mortalité, tout en étudiant la diffusion des antibiotiques et la réaction inflammatoire locale ont
été déterminant pour débuter les études humaines qui ont récemment confirmé le bénéfice clinique.
9. Perspectives
Nous avons vu que l’apport des modèles expérimentaux
pour le traitement des infections bactériennes sévères est très
divers, fonction de la question posée : analyse pharmacologique, explicative, thérapeutique, étude d’impact de mécanisme
de résistance. Aussi, n’y a-t-il pas de modèle universel adapté à
toutes les situations, mais éventuellement un modèle pouvant
répondre à la question posée [31]. Cette approche explicative
des modèles expérimentaux et la spécificité de la relation antibiotique–bactérie in vivo rendent leur utilisation toujours irremplaçable. Le Tableau 3 fait une synthèse de l’apport des
principaux modèles, à titre indicatif mais non exhaustif [2,9,
14,20,25,31–36].
D’autres applications des modèles expérimentaux, dépassant
le cadre de cette revue, sont particulièrement importantes pour
l’analyse des formes graves d’infections bactériennes : étude
des facteurs de virulence bactérienne et de susceptibilité de
l’hôte. Cette approche consiste, pour l’étude des facteurs de
virulence bactérienne, à utiliser des systèmes isogéniques de
souches délétées dans certains gènes de virulence afin d’en apprécier l’impact sur la mortalité ou le développement de lésions
Utilisation habituelle du modèle
Références
Modèle de « screening »
Pharmacodynamie
[31]
[2]
Pharmacodynamie
et pharmacocinétique
Étude de l’émergence de la résistance
Pharmacodynamie
et pharmacocinétique
Influence de traitements adjuvants
Pharmacodynamie
et pharmacocinétique
Étude de l’émergence de la résistance
Étude de l’émergence de la résistance
[2,32]
[33]
Étude du polymicrobisme
[34]
Évaluation de traitements
[31,35]
Modèle d’infection sur corps étranger
[20]
Évaluation de traitements
symptomatiques
[36–38]
[9]
[25]
[14]
viscérales sévères chez l’animal. Pour l’étude des facteurs de
l’hôte, elle consiste à utiliser des animaux transgéniques délétés dans l’expression de gènes suspectés d’être impliqués dans
le développement de formes graves d’infection afin de démontrer leur mise en jeu.
Enfin, des modèles expérimentaux de choc septique ou endotoxinique ont été mis au point pour permettre l’évaluation de
divers traitements symptomatiques [36,37]. Une analyse récente très pertinente indique que ces modèles n’arrivent pas à
reproduire la complexité de la physiopathologie du choc septique chez l’homme, et produisent des résultats très variables,
rendant l’extrapolation des données animales très difficile chez
l’homme. De plus, les experts indiquent qu’il n’y a pas de modèle idéal de sepsis chez l’animal [38]. Des efforts de standardisation des modèles de choc septique sont donc recommandés
afin d’augmenter leur validité à des fins thérapeutiques.
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