Mecanismos de desarrollo de depósitos sólidos sobre catéteres doble J urinarios (ureteral stents). Estudio y desarrollo de nuevos tratamientos profilácticos

Abstract

[cat] L'ús del catèter ureteral doble J pot provocar efectes adversos, com el desenvolupament d'infeccions al sistema urinari (ITU) a causa de la colonització bacteriana de la superfície del catèter, la qual cosa condueix a la formació del biofilm bacterià. La presència de bacteris productors d'ureasa en el biofilm eleva el pH de l'orina mitjançant la formació d'amoni. Quan el pH de l'orina és superior a 6,2, poden formar-se dipòsits de hidroxiapatita (HAP), brushita (BRU) i estruvita (FAM) en el catèter, provocant incrustacions i bloqueig del flux. Aquestes grans masses cristal·lines actuen com a nidus, permetent l'adhesió d'encara més bacteris. El fitat (InsP6) té la capacitat de reduir el desenvolupament de calcificacions patològiques, com les calcificacions cardiovasculars i els càlculs renals. Així, el primer estudi va avaluar l'efecte de l'InsP6 sobre l'adhesió bacteriana a la superfície del catèter en condicions que afavoreixen la cristal·lització de calci. Les seccions del catèter doble J es van incubar en orina artificial (OA) amb un pH de 6,5, en presència i absència de Pseudomonas aeruginosa i fitat. La formació de dipòsits de fosfat de calci (BRU i HAP) i d'oxalat càlcic monohidrat (COM), així com la quantitat de bacteris adherits, va disminuir amb èxit en presència del fitat.

El procés de formació del biofilm comença amb la interacció del catèter amb els fluids corporals, generant el primer dipòsit de molècules extracel·lulars que formen el conditioning film. L’albúmina, el fibrinogen i l'uromodulina són components clau d'aquest film als catèters ureterals. Així, el següent estudi va investigar com l’albúmina afecta la formació de dipòsits de diferents cristalls a les seccions de la marca tygon, després d'observar que el grau de cristal·lització en aquestes és semblant al que es produeix a les seccions del catèter doble J en les mateixes condicions. Els experiments es van dur a terme en un sistema estàtic i un altre en flux. Es va observar que l’albúmina, ja sigui com a recobriment o en dissolució, redueix la deposició de certs cristalls, com BRU, HAP i àcid úric (AU), en condicions estàtiques i de flux, tot i que en alguns casos va augmentar la deposició de COM.

La desfosforilació de l'InsP6 pot generar una quantitat significativa de derivats InsP que també podrien presentar importants funcions biològiques. Així, un cop estudiat l'efecte de l’albúmina, es va procedir a avaluar els efectes del fitat, les barreges dels seus productes d'hidròlisi, diferents bifosfonats (alendronat, pamidronat, ibandronat i etidronat) i el citrat en la formació de dipòsits de BRU, COM i HAP. També es va examinar la capacitat de metilxantines, inclosa la teobromina i els seus metabòlits, per inhibir la cristal·lització de l'AU. En primer lloc, es van provar aquests compostos en assaigs turbidimètrics i posteriorment es van seleccionar els més efectius per provar-los en els assaigs de formació de deposicions en seccions tygon incubades en OA en condicions que afavorien la cristal·lització de cadascun dels tipus de cristalls. L'InsP6 i els seus productes de fosforilació van inhibir la deposició d'OxCa i BRU, però no de HAP a les seccions. L'alendronat i el citrat van mostrar efectes reduïts. Els principals metabòlits de la teobromina (la 7-metilxantina, el 3,7-dimetilúric i la 3-metilxantina) van presentar un efecte inhibidor en la cristal·lització de l'AU, essent les dues primeres les més efectives. Finalment, en quantificar la teobromina i els seus metabòlits en la orina de pacients amb litiasis renal i voluntaris sans, es va observar que aquells amb risc de cristal·lització úrica que no van desenvolupar cristalls en la prova RCAU-S presentaven orines amb una concentració significativament major de teobromina i els seus metabòlits. D'altra banda, els individus amb menor risc de cristal·lització de l'AU però que van presentar cristalls tenien orines amb una concentració significativament menor de teobromina i els seus metabòlits.

[spa] El uso del catéter ureteral doble J puede provocar efectos adversos, como el desarrollo de infección en el sistema urinario (ITU) debido a la colonización bacteriana de la superficie del catéter, lo que lleva a la formación del biofim bacteriano. La presencia de bacterias productoras de ureasa en el biofilm eleva el pH de la orina mediante la formación de amoníaco. Cuando el pH de la orina es superior a 6,2 pueden formarse depósitos de hidroxiapatita (HAP), brushita (BRU) y estruvita (FAM) en el catéter, causando incrustaciones y bloqueo del flujo. Estas grandes masas cristalinas funcionan como nidus permitiendo la adhesión de aún más bacterias. El fitato (InsP6) es capaz de reducir el desarrollo de calcificaciones patológicas, como calcificaciones cardiovasculares y cálculos renales. Así, el primer estudio evaluó el efecto del InsP6 sobre la adhesión bacteriana a la superficie del catéter en condiciones que favorecen la cristalización cálcica. Las secciones del catéter doble J se incubaron en orina artificial (OA) a pH 6,5 en presencia y ausencia de Pseudomonas aeruginosa y fitato. La formación de depósitos de fosfato cálcico (BRU y HAP) y de oxalato cálcico monohidrato (COM), así como la cantidad de bacterias adheridas disminuyó exitosamente en presencia del fitato.

El proceso de formación del biofilm comienza con la interacción del catéter con los fluidos corporales, generando el primer depósito de moléculas extracelulares que conforman el conditioning film. La albúmina, fibrinógeno y uromodulina son componentes clave de este film en los catéteres ureterales. Así, el siguiente estudio investigó cómo la albúmina afecta la formación de depósitos de distintos cristales sobre secciones de la marca tygon, después de observar que el grado de cristalización sobre estas es parecido al que se produce en las secciones de catéter doble J en las mismas condiciones. Los experimentos se llevaron a cabo en un sistema estático y otro en flujo. Se observó que la albúmina, tanto como recubrimiento como en disolución, reduce la deposición de ciertos cristales, como BRU, HAP y ácido úrico (AU), en condiciones estáticas y de flujo, aunque aumentó la deposición de COM en ciertos casos.

La desfosforilación del InsP6 puede generar una cantidad significativa de derivados InsP que también podrían presentar importantes funciones biológicas. Así, una vez estudiado el efecto de la albúmina se pasó a evaluar los efectos del fitato, las mezclas de sus productos de hidrólisis, distintos bifosfonatos (alendronato, pamidronato, ibandronato y etidronato) y el citrato en la formación de depósitos de BRU, COM y HAP. También se examinó la capacidad de metilxantinas, incluida la teobromina y sus metabolitos, para inhibir la cristalización del AU. Primero se testaron los compuestos en ensayos turbidimétricos y posteriormente se seleccionaron los más efectivos para probarlos en los ensayos de formación de deposiciones sobre secciones tygon incubadas en OA en condiciones que favorecieron la cristalización de cada uno de los tipos cristalinos. El InsP6 y sus productos de fosforilación inhibieron la deposición de OxCa y BRU, pero no de HAP sobre las secciones. El alendronato y citrato mostraron efectos reducidos. Los principales metabolitos de la teobromina (la 7-metilxantina, el 3,7-dimetilúrico y la 3metilxantina) presentaron efecto inhibidor de la cristalización del AU, siendo las dos primeras las más efectivas. Finalmente, al cuantificar la teobromina y sus metabolitos en orina de pacientes litiásicos y voluntarios sanos se observó que aquellos con riesgo de cristalización úrica que no desarrollaron cristales en el test RCAU-S presentaron orinas con una concentración significativamente mayor de teobromina y sus metabolitos. Por otro lado, los individuos con menor riesgo de cristalización del AU pero que presentaron cristales tuvieron orinas con una concentración significativamente menor de teobromina y sus metabolitos.

[eng] The use of double-J ureteral catheters can lead to adverse effects, such as the development of urinary tract infection (UTI) due to bacterial colonization of the catheter surface, leading to the formation of bacterial biofilm. The presence of urease-producing bacteria in the biofilm raises the urine pH through the formation of ammonia. When the urine pH is above 6.2, deposits of hydroxyapatite (HAP), brushite (BRU), and struvite (FAM) can form on the catheter, causing encrustations and flow blockage. These large crystalline masses act as nidus, allowing for the adhesion of even more bacteria. Phytate (InsP6) can reduce the development of pathological calcifications, such as cardiovascular calcifications and kidney stones. Thus, the first study evaluated the effect of InsP6 on bacterial adhesion to the catheter surface under conditions that promote calcium crystallization. Double-J catheter sections were incubated in artificial urine at pH 6.5 in the presence and absence of Pseudomonas aeruginosa and phytate. The formation of calcium phosphate deposits (BRU and HAP) and calcium oxalate monohydrate (COM), as well as the quantity of adherent bacteria, decreased successfully in the presence of phytate.

The process of biofilm formation begins with the interaction of the catheter with bodily fluids, generating the initial deposit of extracellular molecules that constitute the conditioning film. Albumin, fibrinogen, and uromodulin are key components of this film in ureteral catheters. Thus, the following study investigated how albumin affects the formation of deposits of different crystals on sections of the tygon brand, after observing that the degree of crystallization on these sections is similar to that which occurs on double-J catheter sections under the same conditions. The experiments were conducted in a static system and another under flow conditions. It was observed that albumin, both as a coating and in solution, reduces the deposition of certain crystals, such as BRU, HAP, and uric acid (AU), under static and flow conditions, although it increased the deposition of COM in certain cases.

The dephosphorylation of InsP6 can generate a significant amount of InsP derivatives that could also have important biological functions. Thus, once the effect of albumin was studied, an evaluation of the effects of phytate, mixtures of its hydrolysis products, different bisphosphonates (alendronate, pamidronate, ibandronate, and etidronate), and citrate on the formation of deposits of BRU, COM, and HAP was conducted. The capacity of methylxanthines, including theobromine and its metabolites, to inhibit the crystallization of AU was also examined. Firstly, the compounds were tested in turbidimetric assays, and subsequently, the most effective ones were selected for testing in deposition formation assays on tygon sections incubated in artificial urine under conditions favouring the crystallization of each crystal type. InsP6 and its phosphorylation products inhibited the deposition of OxCa and BRU but not HAP on the sections. Alendronate and citrate showed reduced effects. The main metabolites of theobromine (7-methylxanthine, 3,7-dimethyluric, and 3-methylxanthine) exhibited inhibitory effects on the crystallization of AU, with the first two being the most effective. Finally, when quantifying theobromine and its metabolites in the urine of lithiasis patients and healthy volunteers, it was observed that those at risk of uric crystallization who did not develop crystals in the RCAU-S test had significantly higher concentrations of theobromine and its metabolites in their urine. On the other hand, individuals with a lower risk of AU crystallization but who developed crystals had significantly lower concentrations of theobromine and its metabolites in their urine.