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Understanding vancomycin nephrotoxicity augmented by β-lactams: a synthesis of endosymbiosis, proximal renal tubule mitochondrial metabolism, and β-lactam chemistry - 22/02/24

Doi : 10.1016/S1473-3099(23)00432-2 
Sara Alosaimy a, d, Michael J Rybak b, c, , George Sakoulas e, f
a Anti-Infective Research Laboratory, Department of Pharmacy Practice, Eugene Applebaum College of Pharmacy and Health Sciences, Wayne State University, Detroit, MI, USA 
b Division of Infectious Diseases, School of Medicine, Wayne State University, Detroit, MI, USA 
c Department of Pharmacy, Detroit Receiving Hospital, Detroit, MI, USA 
d Nestlé Health Science, Bridgewater Township, NJ, USA 
e University of California San Diego School of Medicine, Division of Host-Microbe Systems and Therapeutics, La Jolla, CA, USA 
f Sharp Rees-Stealy, San Diego, CA, USA 

* Correspondence to: Michael J Rybak, Division of Infectious Diseases, School of Medicine, Wayne State University, MI 48201, USA Division of Infectious Diseases School of Medicine Wayne State University MI 48201 USA

Summary

The recent understanding that hydrophobic β-lactams have greater affinity for organic anion transporter-3 (OAT-3) of the proximal renal tubule could provide valuable insights for anticipating β-lactams that may exacerbate vancomycin-induced nephrotoxicity. Vancomycin alone provides oxidative stress on the highly metabolic proximal tubular cells. Hydrophobic β-lactams (eg, piperacillin and anti-staphylococcal β-lactams) could have greater OAT-3 mediated uptake into proximal tubular cells than hydrophilic β-lactams (eg, most cephalosporins and carbapenems), thereby causing greater mitochondrial stress on these susceptible cells. It remains to be seen whether concomitant drugs that inhibit OAT-3 mediated cellular uptake of β-lactams into proximal tubular cells or provide antioxidant effects might mitigate β-lactam augmented vancomycin nephrotoxicity. Furthermore, the serum creatinine rise seen with vancomycin and hydrophobic β-lactams might represent competition for creatinine-secreting transporters (of which OAT-3 is one), thus, indicating creatinine retention rather than renal injury. In the meantime, clinicians are advised to utilise less nephrotoxic combinations in both empirical and directed antibiotic selection settings until further research is conducted.

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