Populationspharmakokinetik in Anästhesie und Intensivmedizin
Die Konzentrationen von Antibiotika bei kritisch kranken PatientInnen liegen zu häufig im subtherapeutischen oder toxischen Bereich. Die Leitlinie der Surviving Sepsis Campaign empfiehlt daher bei der Dosierung von Antibiotika sogenannte pharmakokinetisch/pharmakodynamische Indizes zu berücksichtigen und ein TDM und/oder Dosierungstools zu verwenden. In unserer Arbeitsgruppe zielen wir darauf ab, die Therapie von kritisch kranken PatientInnen zu individualisieren und hierbei pharmakokinetische („Was macht der Körper mit dem Medikament“) und pharmakodynamische („Was macht das Medikament im Körper“) Eigenschaften zu berücksichtigen. Hierzu verwenden wir populationspharmakokinetische (PopPK) Modelle. Die Verwendung eines Modells ggf. in Kombination mit TDM ermöglicht es die Therapie für die PatientInnen zu optimieren und wird als modellbasierte Präzisionsdosierung (MIPD, model-informed precision dosing) bezeichnet. Das Ziel unserer Arbeit ist die Implementierung zielgenauer, modellbasierter Dosierungstechniken in die klinische Praxis. Hierfür müssen jedoch zumeist in einem ersten Schritt die theoretischen Grundlagen geschaffen werden. Die meisten PopPK-Modelle wurden allerdings nicht mit der Intention entwickelt, für MIPD eingesetzt zu werden, sondern zur Beschreibung der PK in einer speziellen Population.
Unsere Aufgabe ist es somit PopPK-Modelle aus der Literatur systematisch auf ihre Anwendbarkeit in einem intensivmedizinischen Setting zu überprüfen (externe Evaluierung) bzw. neue, besser passende Modelle zu entwickeln.
Forschungsprojekte
Forschungsprojekt 1: Individualisierung der Piperacillin-Therapie bei kritisch kranken IntensivpatientInnen
Piperacillin/Tazobactam ist das meistgenutzte Antibiotikum auf deutschen Intensivstationen zur Behandlung schwerer Infektionen. Daher wurden bereits zahlreiche PopPK-Modelle für Piperacillin/Tazobactam entwickelt. Ziel des Projektes ist die Evaluierung bereits publizierter PopPK-Modelle bzgl. ihrer Vorhersagequalität für IntensivpatientInnen inklusive Subgruppenanalyse (z. B. Stratifizierung nach Geschlecht) und wenn nötig die Neuentwicklung eines Modelles für bestimmte Subgruppen vorzunehmen. Hierbei sollen die Voraussetzungen für die klinische Anwendbarkeit eines oder mehrerer Modelle für IntensivpatientInnen geschaffen werden. Das Projekt wird von der Deutschen Forschungsgemeinschaft gefördert (DFG-Projektnummer: 504995322).
Forschungsprojekt 2: Individualisierung der Linezolid-Therapie bei kritisch kranken IntensivpatientInnen durch Populationspharmakokinetik.
Linezolid gewinnt mit seiner Wirksamkeit gegenüber resistenten Problemkeimen zunehmend an Relevanz. Das Antibiotikum weist jedoch eine hohe pharmakokinetische Variabilität auf, was zu Unter- oder Überdosierung führen kann. In den letzten Jahren sind deshalb viele populations-pharmakokinetische Modelle publiziert worden. Ähnlich wie im Piperacillin-Projekt führen wir für Linezolid eine externe Modellevaluation der bereits publizierten Modelle durch. Das Projekt wird durch die Else-Kröner Fresenius Stiftung gefördert (2022_EKEA.156).
Forschungsprojekt 3: Entwicklung eines Populationspharmakokinetischen Modells für CFTR-Modulatoren mit dem Ziel einer individualisierten Dosierung.
Mukoviszidose (CF) ist die häufigste autosomal rezessiv vererbte Stoffwechselerkrankung mit einer durchschnittlichen Prävalenz von 1:2500 und wird durch Defekte im CFTR-Gen (cystic fibrosis transmembrane conductance regulator) verursacht. Die neuesten und am weitesten entwickelten Medikamente zur Behandlung der Mukoviszidose sind so genannte CFTR-Modulatoren, die die Funktionalität des CFTR-Kanals erhöhen, was zu subjektiven und klinischen Verbesserungen führt. Heute werden etwa 70-80% der CF-Patienten mit einer Kombination von 3 CFTR-Modulatoren behandelt.
Um die Nebenwirkungen zu reduzieren und eine individualisierte, präzise Dosierung zu gewährleisten, analysieren wir Daten aus dem Therapeutischen Drug Monitoring (TDM) von CFTR-Modulatoren und deren Metaboliten.
Ziel dieses Projektes ist die Entwicklung eines populationspharmakokinetischen Modells mit Hilfe der Software NONMEM. Basierend auf diesem Modell soll in Zukunft eine individualisierte Präzisionsdosierung mittels Bayes'scher Prädiktion ermöglicht werden.
Das Projekt wird vom Deutschen Zentrum für Lungenforschung (DZL) gefördert.
Forschungsprojekt 4: EMIL-Studie (Evaluation eines TDM-Programms von IntensivpatientInnen im Liquor)
Im Rahmen dieser Studie wird ein routinemäßiges TDM-Programm im Liquor beobachtet und die Dosierungsstrategien mit den gemessenen Konzentrationen korreliert. Hierbei können v.a. Rückschlüsse auf die Penetrationsrate von Antibiotika in den Liquor gezogen und Dosierungsstrategien für eine individualisierte Antibiotikatherapie entwickelt werden.
Forschungsprojekt 5: Einfluss von Extrakorporalverfahren auf die Pharmakokinetik von Antibiotika
Kontakt
PD Dr. Uwe Liebchen
Leitung der Arbeitsgruppe
Wichtige Kooperationspartner
Abteilung für klinische Pharmazie, Wien, Prof. Minichmayr
Mukoviszidose Ambulanz, LMU, Dr. S. Nährig
Institut für Laboratoriumsmedizin, LMU, Prof. Vogeser, Dr. Paal
Institut für klinische Pharmazie, LMU, PD Mannell
Zentrum für Pharmakologie, Universität Köln, Prof. Fuhr
Universität Hamburg, Institut für Pharmazie, Prof. Wicha
Universität FU Berlin, Institut für Pharmazie, Prof. Kloft
Universität Regensburg, klinische Pharmazie, PD Dorn
Klinikum Heidenheim, Prof. Brinkmann
Universitätsklinikum Jena, PD Hagel
Postdoktorandinnen
Dr. Alexandra Kunzelmann
Dr. Lea-Marie Schatz
DoktorandInnen
Johannes Starp
Christina Kinast
Sebastian Greppmair
Simon Kallee
Ausgewählte Publikationen
- Kallee S, Scharf C, Schroeder I, Paal M, Vogeser M, Irlbeck M, Zander J, Zoller M, Jung J, Kneidinger N, Schneider C, Michel S, Liebchen U; “Comparing posaconazole and itraconazole for antifungal prophylaxis in critically ill lung transplant recipients: Efficacy and plasma concentrations” Transplant Infectious Disease 2021
- Liebchen U, Scharf C, Zoller M, Weinelt FA, Kloft C, CytoMero collaboration team; “No clinically relevant removal of meropenem by cytokine adsorber CytoSorb® in critically ill patients with sepsis or septic shock” Intensive Care Medicine 2021
- Liebchen U, Paal M, Bucher V, Vogeser M, Irlbeck M, Schroeder I, Zoller M, Scharf C; “Trough concentrations of meropenem and piperacillin during slow extended dialysis in critically ill patients with intermittent and continuous infusion: a prospective observational study” Journal of Critical Care 2021
- Liebchen U, Weinelt FA, Scharf C, Schroeder I, Paal M, Zoller M, Kloft C, Jung J, Michelet R; “Combination of pharmacokinetic and pathogen susceptibility information to optimize meropenem treatment of gram-negative infections in critically ill patients” Antimicrobial Agents and Chemotherapy 2021
- Kallee S, Scharf C, Schatz LM, Paal M, Vogeser M, Irlbeck M, Zander J, Zoller M, Liebchen U; “Systematic Evaluation of Voriconazole Pharmacokinetic Models without Pharmacogenetic Information for Bayesian Forecasting in Critically Ill Patients.” Pharmaceutics 2022
- Wang B, Briegel J, Krueger WA, Draenert R, Jung J, Weber A, Bogner J, Schubert S, Liebchen U, Frank S, Zoller M, Irlbeck M, Ney L, Weig T, Hinske L, Niedermayer S, Kilger E, Möhnle P, Grabein B; “Ecological effects of selective oral decontamination on multidrug-resistance bacteria acquired in the intensive care unit: a case-control study over 5 years” Intensive Care Medicine 2022
- Scharf C, Weinelt F, Schroeder I, Paal M, Weigand M, Zoller M, Irlbeck M, Kloft C, Briegel J, Liebchen U; “Does the cytokine adsorber CytoSorb® reduce vancomycin exposure in critically ill patients with sepsis or septic shock? A prospective observational study” Annals of Intensive Care 2022
- Liebchen U, Paal M, Gräfe C, Zoller M, Scharf C; „The cytokine adsorber Cytosorb® does not reduce ammonia concentrations in critically ill patients with liver failure – a prospective study“ Intensive Care Medicine 2023
- Schatz LM, Brinkmann A, Röhr A, Frey O, Greppmair S, Weinelt F, Zoller M, Scharf C, Hempel G, Liebchen U; ”Systematic Evaluation of Pharmacokinetic Models for Model-Informed Precision Dosing of Meropenem in Critically Ill Patients Undergoing Continuous Renal Replacement Therapy“ Antimicrobial Agents and Chemotherapy 2023
- Chen Z, Taubert M, Chen C, Dokos C, Fuhr U, Weig T, Zoller M, Heck S, Dimitriadis K, Terpolilli N, Kinast C, Scharf C, Lier C, Liebchen U; "Plasma and cerebrospinal fluid population pharmacokinetics of vancomycin in patients with external ventricular drain" Antimicrobial Agents and Chemotherapy 2023
- Greppmair S, Brinkmann A, Roehr A, Frey O, Hagel S, Dorn C, Marsot A, El-Haffaf I, Zoller M, Saller T, Zander J, Schatz LM, Scharf C, Briegel J, Minichmayr IK, Wicha SG, Liebchen U; “Towards model-informed precision dosing of piperacillin: multicenter systematic external evaluation of pharmacokinetic models in critically ill adults with a focus on Bayesian forecasting” Intensive Care Medicine 2023
- Liebchen U, Briegel J, Brinkmann A, Frey O, Wicha SG; Individualised dosing of antibiotics in ICU patients: timing, target and model selection matter Intensive Care Medicine 2023