Luuinfektsioonide raviks võib kasutada tugevat antibiootikumidega koormatud luutsementi

Luuinfektsioonide raviks võib kasutada tugevat antibiootikumidega koormatud luutsementi

Igal aastal sureb antibiootikumiresistentsuse tõttu 700 000 inimest. Kahjuks tekitab maailma kasvav elanikkond üha suuremat resistentsust väljakujunenud antibiootikumiravi suhtes -; Oht, millele on vastatud ebapiisava rahastamise ja kahaneva inspiratsiooniga, kuna kaubanduslikud stiimulid uute antibiootikumide väljatöötamiseks on vähenenud. Mass General Brighami tervisesüsteemi asutajaliige Brighami ja naistehaigla teadlaste uus uuring käsitleb seda kasvavat probleemi antibiootikumide väljatöötamisel uudse interdistsiplinaarse lähenemisviisiga, et luua tugev arvutiga loodud antibiootikumide raamatukogu ja tuvastada tõhus antibiootikum sihipäraseks kasutamiseks luutsemendi maatriksis. Seda lähenemisviisi võib potentsiaalselt kasutada luuinfektsioonide raviks, mis on tavaline komplikatsioon pärast ortopeedilist operatsiooni. Nende tulemused avaldati ajakirjas Nature Biomedical Engineering.

"Praegu on toidu- ja ravimiamet (FDA) heaks kiitnud ainult antibiootikumidega koormatud luutsemendid, mis ei olnud algselt luukoe jaoks mõeldud," ütles Hae Lin Jang, PhD, Brighami insenertehnilise ravi keskuse kaasdirektor ja täiustatud biomaterjalide ja biotehnoloogiate arendamise laboratooriumi juhtivteadur. "Lisaks sellele, et nad ei ole luukoespetsiifilised, on tekkinud resistentsus nende antibiootikumide suhtes. Peame välja töötama uue põlvkonna antibiootikumid, mis on optimeeritud selle esilekerkiva vajaduse rahuldamiseks."

See kasvav võitlus antibiootikumiresistentsuse vastu on sulandunud samamoodi kasvava vananeva elanikkonnaga, mis nõuab nüüd rohkem ortopeedilisi protseduure kui kunagi varem. Tavalised protseduurid, nagu põlve- ja puusaliigese asendamine, võivad põhjustada bakteriaalseid infektsioone, nagu stafülokokk, mida praegu ravitakse süsteemsete antibiootikumidega. Süsteemne kokkupuude antibiootikumidega ei ole täpselt suunatud infektsioonile; Seetõttu on vaja tohutuid annuseid, mis põhjustavad ravimiresistentsuse ja kasuliku mikrobiota hävitamise soovimatuid tagajärgi. Selle kasvava probleemi lahendamiseks töötasid Brighami meditsiiniosakonna ja ortopeedilise kirurgia osakonna teadlased kohalikult manustatava ja tõhusa antibiootikumide ja luutsemendi kombinatsiooni väljatöötamise nimel.

Uue antibiootikumi konstrueerimiseks spetsiifiliseks lokaalseks manustamiseks luutsemendi maatriksi kaudu kasutati polümetüülmetakrülaadi (PMMA) luutsementi -; tunnustatud FDA kullastandard. Meeskond valis antibiootikumide kavandamise jaoks molekulid eelvalikusse ja skriiniti prekliinilises mudelis ravimitundlike ja ravimiresistentsete bakterite suhtes. Lõpuks võrdles meeskond kliiniliselt kasutatavat PMMA luutsementi ja uut antibiootikumiga koormatud PMMA luutsementi, kasutades profülaktilist ja väljakujunenud stafülokokkidega nakatunud sääreluu vigastuste mudelit.

Narkootikumide avastamise e-raamat

Eelmise aasta tippintervjuude, artiklite ja uudiste koostamine. Laadige koopia alla juba täna

Teadlased tuvastasid kahetoimelise antibiootikumi VCD-077 ning uurisid selle aktiivsust ja efektiivsust rakkudes ja loommudelites. VCD-077 mitte ainult ei näidanud soovitud ravimi vabanemise kineetikat, ilma et see kahjustaks PMMA luutsemendi stabiilsust, vaid näitas ka kõrget efektiivsust paljude ravimresistentsete bakteritüvede vastu ja aeglustas tulevase resistentsuse teket. Tegelikult näitas VCD-077-ga laetud PMMA luutsement suuremat efektiivsust kui kõik praegu kasutatavad antibiootikumiga koormatud luutsemendid stafülokoki luuinfektsioonide vastu rotimudelis.

Enne kliinilist kasutamist peab töörühm käsitlema kahte peamist piirangut: potentsiaalsed erinevused uuritud rotimudeli ja inimeste vahel ning vajalikud toksilisuse uuringud. Kuid teadlased märgivad, et tulevik on helge koespetsiifiliste lokaliseeritud ravimeetodite jaoks, nagu näiteks minimaalselt invasiivne antibiootikumiga kaetud luutsemendi süstimine. Keskendumine koespetsiifilisusele alates arendusfaasist ja ravimite ja seadmete koostoimest võib aidata välja töötada ravi, mis toimib täpselt ilma ravimiresistentsust säilitamata. Lisaks oli meeskonna uudne arvutikasutus molekulide leidmiseks ja antibiootikumide disaini optimeerimiseks suur edu, mis viitab arvutiprogrammeerimise ja AI-tehnoloogia potentsiaalile ravimite väljatöötamise sujuvamaks muutmiseks.

Tulevik seisneb tehisintellekti ja ravimite avastamise kombineerimises, et muuta uute antibiootikumide väljatöötamine tõhusamaks ja kulutõhusamaks kui kunagi varem. Meie lähenemisviisi interdistsiplinaarsus ja ravimiarenduse spetsiifilisus loovad tõeliselt uue meditsiinitehnoloogia paradigma.

Shiladitya Sengupta, PhD, kaaskorrespondentautor, Brighami inseneriteraapia keskuse kaasdirektor

Jang ütles: "Ravi võib muutuda keerulisemaks ja bakterid võivad muutuda keerukamaks, kuid meie, biomeditsiiniinsenerid, muutume ka keerukamaks."

Allikas:

Brighami ja naistehaigla

Viide:

Ghosh, S. et al. (2022) Efektiivne antibiootikumiga koormatud luutsemendi implantaat stafülokoki luuinfektsioonide vastu. Looduse biomeditsiinitehnika. doi.org/10.1038/s41551-022-00950-x.

.