Se podría utilizar cemento óseo fuerte cargado con antibióticos para tratar infecciones óseas

Se podría utilizar cemento óseo fuerte cargado con antibióticos para tratar infecciones óseas

Cada año mueren 700.000 personas a causa de la resistencia a los antibióticos. Desafortunadamente, una población mundial en crecimiento está creando una resistencia cada vez mayor a los tratamientos con antibióticos establecidos -; Una amenaza que se ha enfrentado con una financiación inadecuada y una inspiración cada vez menor a medida que han disminuido los incentivos comerciales para desarrollar nuevos antibióticos. Un nuevo estudio realizado por investigadores del Brigham and Women's Hospital, miembro fundador del Mass General Brigham Health System, aborda este creciente problema en el desarrollo de antibióticos con un enfoque novedoso e interdisciplinario para construir una biblioteca sólida de antibióticos generada por computadora e identificar un antibiótico eficaz para uso específico en una matriz de cemento óseo. Este enfoque podría usarse potencialmente para tratar infecciones óseas, una complicación común después de una cirugía ortopédica. Sus resultados fueron publicados en Nature Biomedical Engineering.

"Actualmente, la Administración de Alimentos y Medicamentos (FDA) sólo ha aprobado cementos óseos cargados con antibióticos que no fueron diseñados originalmente para tejido óseo", dijo Hae Lin Jang, PhD, codirector del Centro Brigham de Terapéutica de Ingeniería e investigador principal del Laboratorio para el Desarrollo de Biomateriales y Biotecnologías Avanzadas. "Además de ser específicos del tejido no óseo, ha surgido resistencia a estos antibióticos. Necesitamos desarrollar una nueva generación de antibióticos optimizados para satisfacer esta necesidad emergente".

Esta creciente batalla contra la resistencia a los antibióticos se ha combinado con un envejecimiento de la población igualmente creciente, que ahora requiere más procedimientos ortopédicos que nunca. Los procedimientos comunes, como los reemplazos de rodilla y cadera, pueden provocar infecciones bacterianas como estafilococos, que actualmente se tratan con antibióticos sistémicos. La exposición sistémica a los antibióticos no ataca precisamente la infección; Por lo tanto, se requieren dosis enormes, lo que lleva a consecuencias no deseadas de resistencia a los medicamentos y destrucción de la microbiota beneficiosa. Para abordar este creciente problema, los investigadores del Departamento de Medicina y del Departamento de Cirugía Ortopédica de Brigham trabajaron para desarrollar una combinación eficaz y de administración local de antibióticos y cemento óseo.

Para construir un nuevo antibiótico para administración local específica a través de una matriz de cemento óseo, se utilizó cemento óseo de polimetilmetacrilato (PMMA); el estándar de oro reconocido por la FDA. El equipo seleccionó moléculas para el diseño de antibióticos y analizó bacterias sensibles y resistentes a los medicamentos en un modelo preclínico. Finalmente, el equipo comparó el cemento óseo de PMMA utilizado clínicamente y el nuevo cemento óseo de PMMA cargado de antibióticos utilizando un modelo de lesión tibial profiláctica y uno establecido con infección por estafilococos.

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Los investigadores identificaron el antibiótico de doble acción VCD-077 y examinaron su actividad y eficacia en células y en modelos animales. VCD-077 no solo demostró la cinética de liberación del fármaco deseada sin comprometer la estabilidad del cemento óseo de PMMA, sino que también demostró una alta eficacia contra un amplio espectro de cepas bacterianas resistentes a los medicamentos y ralentizó el desarrollo de resistencia futura. De hecho, el cemento óseo de PMMA cargado con VCD-077 demostró una mayor eficacia que todos los cementos óseos cargados de antibióticos utilizados actualmente contra las infecciones óseas estafilocócicas en un modelo de rata.

Antes del uso clínico, el equipo debe abordar dos limitaciones principales: diferencias potenciales entre el modelo de rata estudiado y los humanos y los estudios de toxicidad necesarios. Pero los investigadores señalan que el futuro es brillante para los tratamientos localizados y específicos de tejidos, como una inyección mínimamente invasiva de cemento óseo con antibióticos. Centrarse en la especificidad del tejido desde la etapa de desarrollo y la interacción entre fármacos y dispositivos puede ayudar a desarrollar tratamientos que funcionen con precisión sin mantener la resistencia a los medicamentos. Además, el novedoso uso de la informática por parte del equipo para encontrar moléculas y optimizar el diseño de antibióticos fue un gran éxito, lo que sugiere el potencial de la programación informática y la tecnología de inteligencia artificial para agilizar el desarrollo de fármacos.

El futuro está en combinar la inteligencia artificial y el descubrimiento de fármacos para hacer que el desarrollo de nuevos antibióticos sea más eficiente y rentable que nunca. La interdisciplinariedad en nuestro enfoque y la especificidad en nuestro desarrollo de fármacos realmente crearán un nuevo paradigma de tecnología médica”.

Shiladitya Sengupta, PhD, coautora correspondiente y codirectora del Centro Brigham de Terapéutica de Ingeniería

Jang dijo: "El tratamiento puede volverse más complicado y las bacterias pueden volverse más sofisticadas, pero nosotros, los ingenieros biomédicos, también nos estamos volviendo más sofisticados".

Fuente:

Hospital Brigham y de Mujeres

Referencia:

Ghosh, S., et al. (2022) Un implante de cemento óseo cargado de antibióticos eficaz contra las infecciones óseas estafilocócicas. Ingeniería Biomédica de la Naturaleza. doi.org/10.1038/s41551-022-00950-x.

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