L’applicazione orale di spray a base di selezionati lattobacilli potrebbe diventare una valida alternativa per il trattamento di virus respiratori, mantenendo  non solo la capacità di colonizzazione, ma anche di attività metabolica nel controllo di pathways immunitari e di difesa virale.

È quanto conclude lo studio di Irina Spacova e colleghi dell’Unversity of Antwerp (Belgio), pubblicato su Microbial Biotechnology.

Infezioni respiratorie: prevenzione difficile

Le infezioni virali del tratto respiratorio (RTIs) rappresentano un importante problema di salute pubblica, come si è potuto confermare con la recente pandemia di COVID-19. 

Nonostante la loro diffusione e diversità, le strategie di prevenzione e/o trattamento sono ancora scarse. È tuttavia importante giocare d’anticipo considerando come quello che è solo un virus influenzale, ad esempio, possa comportare conseguenze ben più serie anche a livello sistemico.

Comunemente un’infezione virale è seguita da una riduzione nella produzione di interferone I/III (IFN I/III), la prima barriera di difesa antivirale, con, di contro, una sovraproduzione di mediatori infiammatori. Sostenerne quindi la produzione è importante per meglio contrastare lo sviluppo di malattie. 

La superficie della mucosa orale non è solo il target di virus, ma anche la sede di una popolazione batterica con un ruolo importante nel mantenimento dell’ecosistema e nel contrastare la crescita di patobionti, stimolando la risposta immunitaria. Quando le difese non sono sufficienti, si ha uno stato di disbiosi con la conseguente proliferazione di ceppi o virus dannosi. 

Lattobacilli spray

La somministrazione di Lactobacillaceae, Lacticaseibacillus rhamnosus ad esempio, ha dimostrato di contrastare efficacemente lo sviluppo di RTIs. 

I ricercatori hanno quindi voluto scoprire se per trattare infezioni respiratorie fosse possibile un’applicazione topica di selezionati probiotici al posto di una via orale con target intestinale. 

Per farlo hanno quindi formulato uno spray a base di ceppi di Lactobacillaceae selezionati sulla base di test di immunomodulazione in vitro, andandolo a valutare su 12 soggetti sani. Di seguito i principali passaggi dello sviluppo e i risultati della validazione clinica. 

Considerando come i probiotici non siano tutti uguali, la scelta dei ceppi più indicati per lo scopo dello studio è fondamentale. I ricercatori sono quindi partiti dalla valutazione dell’attività di regolazione nei confronti di interferone e NF-kB, entrambi pathways coinvolti nell’immunomodulazione e difesa antivirale, di ceppi di Lactobacillaceae data la loro generale sicurezza, facilità di formulazione e attività. 

L’attenzione si è quindi focalizzata in particolare su L. casei AMBR2, Lactiplantibacillus pentosus KCA1, L. plantarum WCFS1 e L. rhamnosus GG dimostrando come:

• L. plantarum WCFS1 è il più attivo nella stimolazione di entrambi i pathways (Interferone e NF-kB) seguito da L. rhamnosus GG e Lactiplantibacillus pentosus KCA1 e, da ultimo, L. casei AMBR2
• l’induzione di IRF, fattore di regolazione dell’interferone, è risultata ceppo dipendente. L. rhamnosus GG, ad esempio, ha mostrato una maggiore attivazione di IRF e NF-kB di qualsiasi altro L. rhamnosus sottolineando l’importanza di una corretta scelta
• analizzando l’applicabilità di questi candidatati nel contesto orale, Lactiplantibacillus pentosus KCA1 è risultato il più rischioso, considerando la sua origine vaginale e una scarsa documentazione nella sua sicurezza. Di contro, molto più noti e con dimostrata sicurezza per l’uomo anche ad alte dosi sono L. plantarum WCFS1 e L. rhamnosus GG. A ciò si aggiunge una loro fisiologica presenza nel tratto respiratorio superiore
• L. plantarum WCFS1, L. rhamnosus GG e L. casei AMBR2 in parti uguali hanno poi dimostrato un effetto sinergico andando significativamente a indurre IRF e NF-kB nei monociti, molto più dei singoli L. plantarum WCFS1 o L. rhamnosus GG suggerendo l’importanza di includere L. casei AMBR2 nella formulazione

I risultati dello studio

Da una prima valutazione in vitro, che ha permesso di selezionare L. plantarum WCFS1, L. rhamnosus GG e L. casei AMBR2 come migliori candidati, si è proseguito a saggiare l’attività contro virus respiratori quali RSV, influenza A/H3N2, A/H1N1, B virus, e coronavirus 229 (HCoV-229E). 

Dopo aver inattivato i ceppi con trattamento UV per evitare un’eventuale distorsione dei risultati da parte di loro metaboliti, si è visto come:

• L. casei AMBR2 e L. rhamnosus GG hanno il maggior effetto antivirale contro HCoV-229E richiedendo solo 2,57 × 10⁶  CFU/ml e 5,06 × 10⁶ CFU/ml rispettivamente per esercitare un’inibizione virale del 50%. Per uno stesso effetto, L. plantarum WCFS1 ha invece richiesto 1,17 × 10⁷ CFU/ml
• una pre-incubazione dei ceppi con i virus ha mostrato un significativo aumento della vitalità cellulare rispetto al controllo con soluzione salina. Cellule Huh7 infettate con HCoV-229E hanno infatti mostrato una vitalità del 2,9% vs 34%, 30%, e 18% in co-presenza di L. casei AMBR2, L. rhamnosus GG e L. plantarum WCFS1
• buon controllo della citotossicità anche in presenza di A/H1N1, meno pronunciata anche se ancora presente nel caso di A/H3N2
• come controllo vitale è stata poi comparata l’attività antivirale di E. coli DH5α. In questo caso non è però stato riscontrato un aumento della vitalità cellulare

Problema: come mantenere i probiotici vivi e vitali

Da ultimo, i ricercatori hanno dovuto testare la formulazione per assicurare la vitalità dei tre ceppi e il raggiungimento del target di applicazione, il microbioma della gola. 

Rispetto alla maggior parte degli spray con probiotici, questo vede una base oleosa e la combinazione di probiotici in polvere. 

La sospensione così creata sembrerebbe più stabile della soluzione salina più comunemente usata in termini sia di composizione sia di degradazione enzimatica. Test di vitalità batterica sono stati quindi condotti dimostrando come:

• a 4°C la vitalità di tutti i tre ceppi sotto forma di polvere rimane inalterata nel tempo. Ancora migliore la stabilità a temperatura ambiente (25°C). Risultati differenti, tuttavia, se si considerano le singole specie supportandone un loro uso combinazione nel rapporto 5:3:2 come migliore soluzione
• addizionando i batteri in polvere alla formulazione oleosa, dopo 26 settimane la vitalità si è leggermente ridotta in temperatura ambiente, praticamente inalterata invece a 4 e 15°C 
• non solo la vitalità, anche l’attività immunomodulatoria ha dimostrato di esser mantenuta con una significativa induzione di IRF e NF-kB come dimostrato precedentemente in vitro con i soli ceppi
• buona la colonizzazione nei sei soggetti inclusi per la sperimentazione. Tutti e tre i ceppi sono infatti stati riscontrati a trenta minuti dall’applicazione dello spray, con graduale diminuzione fino alle due ore quando è stato possibile registrare solo L. casei AMBR2 in quanto somministrato in concentrazioni maggiori

Conclusioni

Per riassumere,quindi, una formulazione spray per applicazione orale a base di L. plantarum WCFS1, L. rhamnosus GG e L. casei AMBR2 sembrerebbe non soltanto sicura, ma anche efficace nel contrastare i virus respiratori più comuni, aprendo la strada a nuove possibilità di intervento a prevenzione per i disturbi alle vie aeree.