Силен костен цимент, натоварен с антибиотици, може да се използва за лечение на костни инфекции

Силен костен цимент, натоварен с антибиотици, може да се използва за лечение на костни инфекции

Всяка година 700 000 души умират от антибиотична резистентност. За съжаление, нарастващото глобално население създава все по-голяма резистентност към установените антибиотични лечения -; Заплаха, която беше посрещната с недостатъчно финансиране и намаляващо вдъхновение, тъй като търговските стимули за разработване на нови антибиотици намаляха. Ново проучване на изследователи от Brigham and Women's Hospital, член-основател на Mass General Brigham Health System, се занимава с този нарастващ проблем при разработването на антибиотици с нов, интердисциплинарен подход за изграждане на стабилна, компютърно генерирана библиотека от антибиотици и идентифициране на ефективен антибиотик за целенасочена употреба в матрица за костен цимент. Този подход може потенциално да се използва за лечение на костни инфекции, често срещано усложнение след ортопедична операция. Техните резултати са публикувани в Nature Biomedical Engineering.

„Понастоящем Администрацията по храните и лекарствата (FDA) е одобрила само костни цименти, натоварени с антибиотици, които първоначално не са предназначени за костна тъкан“, каза д-р Хае Лин Джанг, съдиректор на Центъра за инженерна терапия на Brigham и главен изследовател на Лабораторията за развитие на съвременни биоматериали и биотехнологии. „Освен че не са специфични за костната тъкан, се появи резистентност към тези антибиотици. Трябва да разработим ново поколение антибиотици, оптимизирани да отговорят на тази възникваща нужда.“

Тази засилваща се битка срещу антибиотичната резистентност се слива със същото нарастващо застаряващо население, което сега изисква повече ортопедични процедури от всякога. Обичайни процедури като протезиране на коляно и тазобедрена става могат да доведат до бактериални инфекции като стафилокок, които в момента се лекуват със системни антибиотици. Системното излагане на антибиотици не е насочено точно към инфекцията; Поради това са необходими огромни дози, водещи до непредвидени последици от лекарствена резистентност и унищожаване на полезната микробиота. За да се справят с този нарастващ проблем, изследователи от катедрата по медицина на Brigham и катедрата по ортопедична хирургия работиха за разработването на локално доставяна и ефективна комбинация от антибиотици и костен цимент.

За да се конструира нов антибиотик за специфично локално доставяне чрез матрица от костен цимент, беше използван костен цимент от полиметилметакрилат (PMMA) -; признатият златен стандарт на FDA. Екипът избра молекули за антибиотичен дизайн и скринира за чувствителни към лекарства и резистентни към лекарства бактерии в предклиничен модел. И накрая, екипът сравнява клинично използвания PMMA костен цимент и новия зареден с антибиотик PMMA костен цимент, използвайки профилактика и установен стафилококов модел на тибиално увреждане.

Електронна книга за откриване на лекарства

Компилация от най-добрите интервюта, статии и новини от последната година. Изтеглете копие днес

Изследователите идентифицираха антибиотика с двойно действие VCD-077 и изследваха неговата активност и ефективност в клетки и при животински модели. VCD-077 не само демонстрира желаната кинетика на освобождаване на лекарството, без да компрометира стабилността на PMMA костния цимент, но също така демонстрира висока ефикасност срещу широк спектър от резистентни на лекарства бактериални щамове и забави развитието на бъдеща резистентност. Всъщност зареденият с VCD-077 PMMA костен цимент демонстрира по-голяма ефикасност от всички използвани понастоящем костни цименти с антибиотик срещу стафилококови костни инфекции при модел на плъх.

Преди клинична употреба, екипът трябва да обърне внимание на две основни ограничения: потенциални разлики между изследвания модел на плъх и хора и необходимите изследвания за токсичност. Но изследователите отбелязват, че бъдещето е светло за тъканно-специфични, локализирани лечения като минимално инвазивно инжектиране на антибиотичен костен цимент. Фокусирането върху тъканната специфичност от етапа на развитие и взаимодействието лекарство-устройство може да помогне за разработването на лечения, които работят прецизно, без да поддържат лекарствена резистентност. Освен това новото използване на изчисления от екипа за намиране на молекули и оптимизиране на дизайна на антибиотиците беше голям успех, което предполага потенциала за компютърно програмиране и AI технология за рационализиране на разработването на лекарства.

Бъдещето е в комбинирането на изкуствения интелект и откриването на лекарства, за да направим разработването на нови антибиотици по-ефективно и рентабилно от всякога. Интердисциплинарността в нашия подход и спецификата в нашето разработване на лекарства наистина ще създадат нова парадигма на медицинската технология.

Shiladitya Sengupta, PhD, съавтор, съдиректор на Brigham’s Center for Engineered Therapeutics

Джанг каза: "Лечението може да стане по-сложно и бактериите може да станат по-сложни, но ние, биомедицинските инженери, също ставаме по-сложни."

източник:

Бригъм и болница за жени

Справка:

Ghosh, S., et al. (2022) Ефективен имплант с костен цимент, зареден с антибиотици срещу стафилококови костни инфекции. Природно биомедицинско инженерство. doi.org/10.1038/s41551-022-00950-x.

.