Stærk knoglecement fyldt med antibiotika kan bruges til at behandle knogleinfektioner

Stærk knoglecement fyldt med antibiotika kan bruges til at behandle knogleinfektioner

Hvert år dør 700.000 mennesker af antibiotikaresistens. Desværre skaber en voksende global befolkning stigende modstand mod etablerede antibiotikabehandlinger -; En trussel, der er blevet mødt med utilstrækkelig finansiering og svindende inspiration, da kommercielle incitamenter til at udvikle nye antibiotika er blevet mindre. En ny undersøgelse foretaget af forskere ved Brigham and Women's Hospital, et stiftende medlem af Mass General Brigham Health System, adresserer dette voksende problem i antibiotikaudvikling med en ny, tværfaglig tilgang til at opbygge et robust, computergenereret bibliotek af antibiotika og identificere et effektivt antibiotikum til målrettet brug i en knoglecementmatrix. Denne tilgang kan potentielt bruges til at behandle knogleinfektioner, en almindelig komplikation efter ortopædisk kirurgi. Deres resultater blev offentliggjort i Nature Biomedical Engineering.

"I øjeblikket har Food and Drug Administration (FDA) kun godkendt knoglecementer fyldt med antibiotika, som ikke oprindeligt var designet til knoglevæv," sagde Hae Lin Jang, PhD, meddirektør for Brigham's Center for Engineered Therapeutics og hovedefterforsker af Laboratory for the Development of Advanced Biomaterials and Biotechnologies. "Ud over at være ikke-knoglevævsspecifik er der opstået resistens over for disse antibiotika. Vi er nødt til at udvikle en ny generation af antibiotika, der er optimeret til at imødekomme dette nye behov."

Denne stigende kamp mod antibiotikaresistens er smeltet sammen med en tilsvarende stigende aldrende befolkning, som nu kræver flere ortopædiske procedurer end nogensinde før. Almindelige procedurer som knæ- og hofteudskiftninger kan føre til bakterielle infektioner som staph, som i øjeblikket behandles med systemiske antibiotika. Systemisk eksponering for antibiotika retter sig ikke præcist mod infektionen; Derfor kræves enorme doser, hvilket fører til de utilsigtede konsekvenser af lægemiddelresistens og ødelæggelse af gavnlig mikrobiota. For at løse dette voksende problem arbejdede forskere ved Brighams afdeling for medicin og afdelingen for ortopædkirurgi på at udvikle en lokalt leveret og effektiv kombination af antibiotika og knoglecement.

For at konstruere et nyt antibiotikum til specifik lokal levering via en knoglecementmatrix blev polymethylmethacrylat (PMMA) knoglecement brugt -; den anerkendte FDA guldstandard. Holdet kortlistede molekyler til antibiotikadesign og screenede for lægemiddelfølsomme og lægemiddelresistente bakterier i en præklinisk model. Endelig sammenlignede holdet klinisk anvendt PMMA-knoglecement og den nye antibiotika-fyldte PMMA-knoglecement ved hjælp af en profylaktisk og en etableret stafylokokk-inficeret tibialskademodel.

Drug Discovery E-bog

Samling af de bedste interviews, artikler og nyheder fra det sidste år. Download en kopi i dag

Forskere identificerede dobbeltvirkende antibiotikum VCD-077 og undersøgte dets aktivitet og effektivitet i celler og i dyremodeller. VCD-077 demonstrerede ikke kun den ønskede lægemiddelfrigivelseskinetik uden at kompromittere stabiliteten af ​​PMMA-knoglecementen, men viste også høj effektivitet mod et bredt spektrum af lægemiddelresistente bakteriestammer og bremsede udviklingen af ​​fremtidig resistens. Faktisk viste VCD-077-ladet PMMA-knoglecement større effektivitet end alle i øjeblikket anvendte antibiotika-fyldte knoglecementer mod stafylokokker-knogleinfektioner i en rottemodel.

Før klinisk brug skal holdet tage fat på to store begrænsninger: potentielle forskelle mellem den undersøgte rottemodel og mennesker og nødvendige toksicitetsundersøgelser. Men forskere bemærker, at fremtiden er lys for vævsspecifikke, lokaliserede behandlinger såsom en minimalt invasiv injektion af antibiotika-snøret knoglecement. Fokus på vævsspecificitet fra udviklingsstadiet og lægemiddel-enhed interaktion kan hjælpe med at udvikle behandlinger, der virker præcist uden at opretholde lægemiddelresistens. Derudover var holdets nye brug af computere til at finde molekyler og optimere antibiotikadesign en stor succes, hvilket tyder på potentialet for computerprogrammering og AI-teknologi til at strømline lægemiddeludvikling.

Fremtiden ligger i at kombinere kunstig intelligens og lægemiddelopdagelse for at gøre udviklingen af ​​nye antibiotika mere effektiv og omkostningseffektiv end nogensinde før. Tværfaglighed i vores tilgang og specificitet i vores lægemiddeludvikling vil virkelig skabe et nyt medicinsk teknologiparadigme."

Shiladitya Sengupta, PhD, medkorresponderende forfatter, meddirektør for Brighams Center for Engineered Therapeutics

Jang sagde: "Behandlingen kan blive mere kompliceret, og bakterierne kan blive mere sofistikerede, men vi biomedicinske ingeniører bliver også mere sofistikerede."

Kilde:

Brigham and Women's Hospital

Reference:

Ghosh, S., et al. (2022) Et effektivt antibiotikumfyldt knoglecementimplantat mod stafylokokkknogleinfektioner. Natur biomedicinsk teknik. doi.org/10.1038/s41551-022-00950-x.

.