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Isoniazid uptake and growth inhibition of mycobacterium tuberculosis in relation to time and concentration of pulsed drug exposures

1969; Churchill Livingstone; Volume: 50; Issue: 4 Linguagem: Inglês

10.1016/0041-3879(69)90038-5

1878-6006

William H. Beggs, John W. Jenne,

Analytical Chemistry and Chromatography

We have examined the relationships of drug concentration and exposure time to drug uptake and growth inhibition of tubercle bacilli following single pulsed isoniazid exposures. Isoniazid-sensitive strain H37Ra of Mycobacterium tuberculosis was grown in Sauton's medium with aeration at 37C. Cells were suspended in fresh medium at 0·6 mg. dry wt./ml., isoniazid or 14C-isoniazid was added and incubation continued. Pulses were terminated by two methods. Samples were either diluted l:200 in drug-free medium for turbidimetric growth assay or filtered and cell-bound 14C. activity determined. When isoniazid was varied from 0-l to 0·5 ug./ml. and the period of exposure varied accordingly to give a constant time-concentration product (TCP) of exposure equal to 0·5 μg. hr., a transient growth inhibition resulted followed by rapid recovery. At six days pulsed cells were inhibited approximately 25% A more pronounced effect occurred at a TCP of l-0 μg. hr. and at six days inhibition was about 50%. Populations arising from treated cells retained isoniazid sensitivity. At TCPs of 0·5 and 1·0 μg. hr., 14C. activity corresponding to 20–26 and 37–47 nanograms isoniazid/mg. cells was bound respectively. Since drug carry-over became a problem in growth assays with isoniazid pulses in excess of 0·5 μg./ml., filtration was substituted for dilution to terminate exposures. At a TCP of 1·0 μg. hr. over a range of 0·25 to 4·0 μg./ml., growth inhibition was about 50%. Our data indicate that the degree or extent of inhibition following short pulsed isoniazid exposures is rather precisely governed by the time-concentration product of exposure and is closely correlated with the amount of drug bound by the cells. Les auteurs ont etude l'effet de la concentration de drogue et du temps de contact de celle-ci sur sa fixation par la cellule et sur l'inhibition de la croissance du bacille tuberculeux, après exposition pulsée unique a l'isoniazide. Une souche de Mycobacterium tuberculosis H37Ra, sensible a l'isoniazide, a été cultivée en milieu de Sauton a 37 avec aeration. Les cellules ont été ensuite mises en suspension dans un milieu frais contenant 0,6 mg./ml. (poids sec) d'isoniazide ou d'isoniazide C14, et l'incubation maintenue. Les expositions pulsées a la drogue ont été arrêtées par deux méthodes. Les échantillons ont été soit dilués au l/200 dans du milieu ne contenant pas de drogue en vue d'une etude turbidimétrique, soit friltrés et l'activité C14 liée aux cellules mesurée. Après exposition a des concentrations d'isoniazide variant de 0,l a 0,5 μg./ml., et pendant des temps variables de façon A avoir un product temps-concentration (TCP) constant et égal a (',5 μg. heure, une faible inhibition de la croissance suivie d'une reprise rapide a été constatée. A six jours les cellules pulsees étaient inhibées à 25 % environ. Un effet plus prononcé a été trouvé pour TCP de l,0 μg. heure pour lequel à six jours l'inhibition était de 50%. Les populations issues de cellules traitées avaient conserve leur sensibilitéà l'isoniazide. A des TCP de 0,5 et l,0 μg. heure, il a été retrouvé respectivement une activité C14 He correspondant à 20–26 et 37–47 nanograms d'isoniazide par mg. de cellules. Pour des expositions pulsees d'isoniazide au-dessus de 0·5 μg./ml., la dilution destinée à stopper l'exposition de drogue a été remplacée par une filtration afin d'éviter toute possibilitd de transfert de la drogue pouvant interférer dans l'étude de la croissance secondaire. A un TCP de l,0 μg. heure, et pour des concentrations de drogue allant de 0,25 a 4,0 μg. d'isoniazide/ml., l'inhibition de la culture a été d'environ 50%. Les résultats indiquent que le degré d'inhibition de'une culture après de courtes expositions pulsees d'isoniazide est plus précisément fonction du produit temps-concentration de l'exposition a la drogue, et est étroitement correléà la quantité de drogue liée aux cellules. Hemos examinado las relaciones de concentracion de droga y el tiempo de exposicion para la absorción de la droga y la inhibicion de crecimiento en bacilos tuberculosos expuestos a un único contacto agitado con isoniazida. Una cepa de Myco. tuberculosis H37Ra isoniazido-sensibles se cultivó en medio de Sauton con aereacion a 37C. Se suspendieron los germenes en medio fresco, a razón de 0·6 mg. de peso seco/ml., se agregó isoniazida o Cl4-isoniazida y se continuo la incubación. La agitación se efectuó por dos métodos. Una parte del material fue diluido al 1 en 200 en medio libre de droga para determinar el crecimiento por turbidimetria, y la otra parte fue filtrada, determinando en ambas la actividad de los germenes ligados al C14. Cuando se varió la isoniazida de 0-l a 0·-5 μg.,/ml. y el periodo de exposicion vario de manera de mantener constante el producto tiempo-concentracion (TCP), siempre de 0·5 μg. hora, se observó una inhibicion de crecimiento transitoria seguido de una rápida recuperación. A los 6 dias los germenes agitados fueron inhibidos aproximadamente en un 25%. Se observó un efecto más pronunciado con un TCP de l-0 μg. hora, y a los 6 dias la inhibicion fue del 50 %. Las poblaciones resultantes de los germenes tratados conservaron su sensibilidad frente a la isoniazida. Como el traslado de droga resultó un problema en los ensayos de crecimiento con isoniazida por encima de 0·5 μg./ml., se sustituyó la filtration por la dilución. Con un TCP de 1 ·0 μg. hora y un rango de 0·25 a 4·0 μg./ml., la inhibicion de crecimiento fue alrededor del 50%. Nuestros datos indican que el grado de inhibicion que sigue a una exposicion a la isoniazida, con agitación corta, está gobernado por el producto tiempo-concentracion de la exposicion y está en intima relación con la cantidad de droga fijada por los germenes. Wir haben die Beziehungen zwischen Konzentration eines Präparates and Expositionszeit zur Aufnahme des Medikamentes einerseits and Wachstumshemmung nach einmaliger Isoniazidgabe andererseits untersucht. Der isoniazidempfindliche Stamm H37Ra von Mycobacterium tuberculosis wurde auf Sauton-Nährböden bei 37' mit Luftzufuhr gezüchtet. Zellen wurden in frischen Medien zu 0,6 mg Trockengewicht/ml suspendiert, Isoniazid oder 14C-Isoniazid zugefügt and die Inkubierung fortgesetzt. Die Exposition wurde auf zwei verschiedene Arten beendet. Die Samples wurden entweder auf l:200 mit medikamentfreien Medien verdunnt zur turbidometrischen Bestimmung des Wachstums, oder es wurde filtriert and das zellgebundene 14C bestimmt. Wenn Isoniazid von 0,l bis 0,5 μg/ml gegeben and die Expositionszeit so variiert wurde, daβ sich ein konstantes Zeit-Konzentrations-Produkt (TCP) gleichwertig zu 0,5 μg h ergab, so folgte auf eine vorübergehende Wachstumshemmung schnelle Erholung. An sechs Tagen exponierte Zellen wurden zu etwa 25 % gehemmt. Einen ausgeprägteren Effekt ergab es bei einer TCP von l,0 μg h, and an sechs Tagen wurden etwa 50 gehemmt. Erreger, die aus behandelten Zellen gezüchtet wurden, behielten ihre Isoniadzidempfindlichkeit. Bei TCPs von 0,5 and l,0 μg h wurde eine 14C-Aktivität gebunden, die 20–26 bzw. 37–47 Nanogramm Isoniazid entspricht. Da sich die Aufnahme des Medikaments als besonderes Problem erwies bei Isoniazidkonzentrationen von 0,5 μg/ml, wurde anstelle einer Verdünnung filtriert, um die Exposition zu beenden. Bei einem TCP von 1,0 μg h betrug die Wachstumshemmung bei Konzentrationen von 0,25-4,0 μg/ml etwa 50%. Unsere Angaben sprechen dafur, daß der Grad oder das, Ausmaß der Hemmung nach kurzer stoßartiger Isoniazidexposition nur ungenau durch das Zeit-KonzentrationsProdukt wiedergegeben wird, beides dafur aber eng mit der in der Zelle gebundenen Medikamentenmenge zusammenhangt.