抗生素耐药性是一项重大的公共卫生挑战，但尽管噬菌体(杀死细菌的病毒)可能是对抗耐抗生素病原体的一种潜在武器，但仍存在多种挑战。
Inserm的共同首席研究员Jérémie Guedj博士说:“在这项研究中，我们提出了一种新的方法来简化噬菌体治疗的临床开发，否则就会继续存在其局限性。我们的模型可以被再利用预测任何噬菌体对细菌的功效的目标,一旦数量有限的体外和体内数据可用的行动……噬菌体疗法之外,该模型还可以用来测试基于噬菌体之间的关系和抗生素抗感染治疗”。
Guedj和同事在《Cell Reports》上报告了他们模型。他们总结道:“使用这样的模型将使噬菌体的选择、剂量和给药途径合理化，以优化噬菌体治疗的效果。”
抗生素的发现彻底改变了20世纪的医学史，使我们第一次能够有效地对抗细菌。然而，近几十年来，抗生素耐药性已经成为一个主要的公共卫生问题。据估计，每年全球有70万人死于这些耐药细菌。然而，新抗菌剂的发现已经停滞了好几年。在这种背景下，噬菌体疗法最近重新引起了人们的兴趣。这组作者写道:“治疗多药耐药(MDR)病原体引起的细菌感染的新抗生素的发现明显放缓，这重新引起了人们对噬菌体(噬菌体)、感染细菌的病毒的兴趣。”
这种治疗方法涉及使用噬菌体，噬菌体以致病菌为目标并摧毁它们，但不能感染人类。虽然这一概念已经存在了很长时间，但临床发展受到各种限制。与传统药物不同，噬菌体是复杂的生物制剂，其在体内的作用、最佳剂量和最有效的给药途径难以研究和预测。“噬菌体(噬菌体)治疗抗生素耐药感染的临床(重新)发展面临着理解体内噬菌体-细菌相互作用动力学的挑战，”研究人员继续说。“在人类人群中广泛使用的一个重要里程碑是确定最佳剂量、给药途径和治疗时间。这对噬菌体来说是一项特别复杂的工作，因为用于确定药物给药、分配、代谢和排泄(ADME)过程的临床药理学标准评估不适用于噬菌体。”
为了消除这些障碍，Guedj在Inserm的研究团队与巴斯德研究所的Laurent Debarbieux博士的团队合作，开发了一个新的数学模型，以更好地定义动物体内噬菌体和致病性大肠杆菌之间的相互作用。并确定影响噬菌体治疗效果的关键参数。他们写道:“在这里，我们开发了一种综合策略，结合体外和体内实验，利用数学模型来描述由致病性大肠杆菌菌株引起的肺炎中噬菌体和细菌之间的相互作用。”
利用各种体外和体内实验数据构建模型。科学家们继续说:“我们将体外和体内实验与数学模型相结合，以接近噬菌体-细菌-宿主相互作用的关键参数，并指导治疗策略。不同于以往专注于噬菌体-细菌、噬菌体-宿主免疫系统或细菌-宿主免疫系统相互作用的特定方面的模型，这里我们的目标是设计一个合成的、半机械的模型，可以用来理解体内噬菌体-细菌-宿主的三方相互作用。”
特别是，他们使用了在实验室中确定的噬菌体感染参数(例如，细菌感染周期的持续时间，当一个细菌被摧毁时释放的病毒数量)，以及在使用小鼠肺部感染模型的实验中收集的信息。“为了确保该模型在治疗过程中重现噬菌体-细菌相互作用的动力学，有必要尽可能多地使用从动物实验中推导出的参数，而不是体外条件，”他们指出。“例如，细菌的生长速度、侵染率和溶解率都是从实验数据推导出来的。”
一些动物被一种能发光的大肠杆菌菌株感染，以监测体内的细菌。用不同剂量的噬菌体处理一些动物，并采用不同的给药途径。" 使用不同的接种剂量和给药途径，从(细菌)未感染和(噬菌体)处理、感染和未处理或感染和处理的动物群中收集动态和直接的微生物数据。随着时间的推移，测量细菌和噬菌体的数量有助于补充数学模型，并测试哪些是有效的噬菌体治疗的最重要的参数。
利用他们的模型，科学家们表明，给药的途径是提高动物存活率的一个重要参数:噬菌体与细菌接触的速度越快，就越有效。在动物模型中，与气管内相比，静脉注射噬菌体治疗效果较差，因为到达肺部的噬菌体较少。另一方面，经气管内给药时，模型提示给药剂量对治疗效果影响不大。
同样重要的是，该模型在噬菌体治疗的背景下整合了动物免疫反应的数据。新模型证实并扩展了噬菌体与被感染动物的免疫系统协同作用的原理，使其能够更有效地消除致病菌。
作者总结道,“……在这项工作中开发的模型可用于预测几乎任何噬菌体的功效，对于这些噬菌体，必须获得最少的体外和体内数据集，这将大大减少在临床前发育期间验证此类噬菌体所需的实验数量。除噬菌体治疗外，该模型还可用于测试联合抗感染治疗，如噬菌体与抗生素的关联。”
Combination of in vivo phage therapy data with in silico model highlights key parameters for pneumonia treatment efficacy