Ισχυρό οστικό τσιμέντο γεμάτο με αντιβιοτικά θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για τη θεραπεία οστικών λοιμώξεων

Ισχυρό οστικό τσιμέντο γεμάτο με αντιβιοτικά θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για τη θεραπεία οστικών λοιμώξεων

Κάθε χρόνο 700.000 άνθρωποι πεθαίνουν από ανθεκτικότητα στα αντιβιοτικά. Δυστυχώς, ένας αυξανόμενος παγκόσμιος πληθυσμός δημιουργεί αυξανόμενη αντίσταση στις καθιερωμένες θεραπείες με αντιβιοτικά - Μια απειλή που αντιμετωπίστηκε με ανεπαρκή χρηματοδότηση και φθίνουσα έμπνευση καθώς τα εμπορικά κίνητρα για την ανάπτυξη νέων αντιβιοτικών έχουν μειωθεί. Μια νέα μελέτη από ερευνητές στο Brigham and Women's Hospital, ιδρυτικό μέλος του Mass General Brigham Health System, αντιμετωπίζει αυτό το αυξανόμενο πρόβλημα στην ανάπτυξη αντιβιοτικών με μια νέα, διεπιστημονική προσέγγιση για τη δημιουργία μιας ισχυρής βιβλιοθήκης αντιβιοτικών που δημιουργείται από υπολογιστή και τον εντοπισμό ενός αποτελεσματικού αντιβιοτικού για στοχευμένη χρήση σε μια μήτρα οστικού τσιμέντου. Αυτή η προσέγγιση θα μπορούσε ενδεχομένως να χρησιμοποιηθεί για τη θεραπεία λοιμώξεων των οστών, μια κοινή επιπλοκή μετά από ορθοπεδική χειρουργική επέμβαση. Τα αποτελέσματά τους δημοσιεύτηκαν στο Nature Biomedical Engineering.

«Προς το παρόν, η Υπηρεσία Τροφίμων και Φαρμάκων (FDA) έχει εγκρίνει μόνο οστικά τσιμέντα με αντιβιοτικά που δεν είχαν σχεδιαστεί αρχικά για οστικό ιστό», δήλωσε ο Hae Lin Jang, PhD, συνδιευθυντής του Brigham's Centre for Engineered Therapeutics και κύριος ερευνητής του Laboratory for the Development of Advanced Biomaterials. "Εκτός από το ότι δεν είναι ειδικός για τον οστικό ιστό, έχει εμφανιστεί ανθεκτικότητα σε αυτά τα αντιβιοτικά. Πρέπει να αναπτύξουμε μια νέα γενιά αντιβιοτικών βελτιστοποιημένων για την κάλυψη αυτής της αναδυόμενης ανάγκης."

Αυτή η αυξανόμενη μάχη ενάντια στην αντοχή στα αντιβιοτικά έχει συγχωνευθεί με έναν ομοίως αυξανόμενο γηράσκον πληθυσμό, ο οποίος απαιτεί πλέον περισσότερες ορθοπεδικές διαδικασίες από ποτέ. Οι συνήθεις διαδικασίες όπως οι αντικαταστάσεις γόνατος και ισχίου μπορούν να οδηγήσουν σε βακτηριακές λοιμώξεις όπως ο σταφυλόκοκκος, οι οποίες επί του παρόντος αντιμετωπίζονται με συστηματικά αντιβιοτικά. Η συστηματική έκθεση σε αντιβιοτικά δεν στοχεύει ακριβώς τη μόλυνση. Ως εκ τούτου, απαιτούνται τεράστιες δόσεις, που οδηγούν σε ανεπιθύμητες συνέπειες της αντοχής στα φάρμακα και της καταστροφής της ωφέλιμης μικροχλωρίδας. Για να αντιμετωπίσουν αυτό το αυξανόμενο πρόβλημα, ερευνητές στο Τμήμα Ιατρικής του Μπρίγκαμ και στο Τμήμα Ορθοπαιδικής Χειρουργικής εργάστηκαν για να αναπτύξουν έναν τοπικά χορηγούμενο και αποτελεσματικό συνδυασμό αντιβιοτικών και οστικού τσιμέντου.

Για την κατασκευή ενός νέου αντιβιοτικού για ειδική τοπική χορήγηση μέσω μήτρας οστικού τσιμέντου, χρησιμοποιήθηκε οστικό τσιμέντο μεθακρυλικού πολυμεθυλεστέρα (PMMA). το αναγνωρισμένο πρότυπο χρυσού FDA. Η ομάδα περιέλαβε μόρια για σχεδιασμό αντιβιοτικών και εξέτασε για ευαίσθητα και ανθεκτικά στα φάρμακα βακτήρια σε ένα προκλινικό μοντέλο. Τέλος, η ομάδα συνέκρινε το κλινικά χρησιμοποιημένο οστικό τσιμέντο PMMA και το νέο οστικό τσιμέντο PMMA με αντιβιοτικό χρησιμοποιώντας ένα προφυλακτικό και ένα καθιερωμένο μοντέλο κνημιαίας βλάβης με μολύνσεις από σταφυλόκοκκο.

Ηλεκτρονικό βιβλίο ανακάλυψης φαρμάκων

Συγκέντρωση των κορυφαίων συνεντεύξεων, άρθρων και ειδήσεων του περασμένου έτους. Κάντε λήψη ενός αντιγράφου σήμερα

Οι ερευνητές εντόπισαν το αντιβιοτικό διπλής δράσης VCD-077 και εξέτασαν τη δράση και την αποτελεσματικότητά του σε κύτταρα και σε ζωικά μοντέλα. Το VCD-077 όχι μόνο έδειξε την επιθυμητή κινητική απελευθέρωσης φαρμάκου χωρίς να διακυβεύεται η σταθερότητα του οστικού τσιμέντου PMMA, αλλά επίσης έδειξε υψηλή αποτελεσματικότητα έναντι ενός ευρέος φάσματος ανθεκτικών στα φάρμακα βακτηριακών στελεχών και επιβράδυνε την ανάπτυξη μελλοντικής αντοχής. Στην πραγματικότητα, το οστικό τσιμέντο PMMA με φορτίο VCD-077 επέδειξε μεγαλύτερη αποτελεσματικότητα από όλα τα επί του παρόντος χρησιμοποιούμενα οστικά τσιμέντα με αντιβιοτικά κατά των σταφυλοκοκκικών οστικών λοιμώξεων σε μοντέλο αρουραίου.

Πριν από την κλινική χρήση, η ομάδα πρέπει να αντιμετωπίσει δύο βασικούς περιορισμούς: πιθανές διαφορές μεταξύ του μοντέλου αρουραίου που μελετήθηκε και του ανθρώπου και απαραίτητες μελέτες τοξικότητας. Αλλά οι ερευνητές σημειώνουν ότι το μέλλον είναι λαμπρό για ειδικές για τον ιστό, εντοπισμένες θεραπείες, όπως μια ελάχιστα επεμβατική ένεση οστικού τσιμέντου με αντιβιοτικά. Η εστίαση στην εξειδίκευση των ιστών από το στάδιο ανάπτυξης και στην αλληλεπίδραση φαρμάκου-συσκευής μπορεί να βοηθήσει στην ανάπτυξη θεραπειών που λειτουργούν με ακρίβεια χωρίς να διατηρηθεί η αντοχή στο φάρμακο. Επιπλέον, η νέα χρήση των υπολογιστών από την ομάδα για την εύρεση μορίων και τη βελτιστοποίηση του σχεδιασμού των αντιβιοτικών ήταν μεγάλη επιτυχία, υποδηλώνοντας τη δυνατότητα προγραμματισμού υπολογιστών και τεχνολογίας AI για τον εξορθολογισμό της ανάπτυξης φαρμάκων.

Το μέλλον έγκειται στον συνδυασμό της τεχνητής νοημοσύνης και της ανακάλυψης φαρμάκων για να γίνει η ανάπτυξη νέων αντιβιοτικών πιο αποτελεσματική και οικονομικά αποδοτική από ποτέ. Η διεπιστημονικότητα στην προσέγγισή μας και η ιδιαιτερότητα στην ανάπτυξη φαρμάκων θα δημιουργήσουν πραγματικά ένα νέο πρότυπο ιατρικής τεχνολογίας».

Shiladitya Sengupta, PhD, συν-ανταποκριτής συγγραφέας, συνδιευθυντής του Brigham's Center for Engineered Therapeutics

Ο Jang είπε, "Η θεραπεία μπορεί να γίνει πιο περίπλοκη και τα βακτήρια να γίνουν πιο εξελιγμένα, αλλά εμείς οι βιοϊατρικοί μηχανικοί γινόμαστε επίσης πιο εξελιγμένοι."

Πηγή:

Brigham and Women's Hospital

Αναφορά:

Ghosh, S., et αϊ. (2022) Ένα αποτελεσματικό εμφύτευμα οστικού τσιμέντου με αντιβιοτικά κατά των σταφυλοκοκκικών οστικών λοιμώξεων. Nature Βιοϊατρική Μηχανική. doi.org/10.1038/s41551-022-00950-x.

.