Un ciment osseux solide chargé d'antibiotiques pourrait être utilisé pour traiter les infections osseuses

Un ciment osseux solide chargé d'antibiotiques pourrait être utilisé pour traiter les infections osseuses

Chaque année, 700 000 personnes meurent à cause de la résistance aux antibiotiques. Malheureusement, une population mondiale croissante crée une résistance croissante aux traitements antibiotiques établis - ; Une menace qui s’est heurtée à un financement insuffisant et à une inspiration en diminution à mesure que les incitations commerciales au développement de nouveaux antibiotiques ont diminué. Une nouvelle étude menée par des chercheurs du Brigham and Women's Hospital, membre fondateur du Mass General Brigham Health System, aborde ce problème croissant dans le développement d'antibiotiques avec une nouvelle approche interdisciplinaire pour construire une bibliothèque robuste d'antibiotiques générée par ordinateur et identifier un antibiotique efficace pour une utilisation ciblée dans une matrice de ciment osseux. Cette approche pourrait potentiellement être utilisée pour traiter les infections osseuses, une complication courante après une chirurgie orthopédique. Leurs résultats ont été publiés dans Nature Biomedical Engineering.

"Actuellement, la Food and Drug Administration (FDA) n'a approuvé que les ciments osseux chargés d'antibiotiques qui n'ont pas été conçus à l'origine pour le tissu osseux", a déclaré Hae Lin Jang, PhD, codirecteur du Brigham's Center for Engineered Therapeutics et chercheur principal du Laboratoire pour le développement de biomatériaux et de biotechnologies avancés. "En plus d'être non spécifiques aux tissus osseux, une résistance à ces antibiotiques est apparue. Nous devons développer une nouvelle génération d'antibiotiques optimisés pour répondre à ce besoin émergent."

Cette lutte croissante contre la résistance aux antibiotiques s’est associée à un vieillissement de la population tout aussi croissant, qui nécessite désormais plus de procédures orthopédiques que jamais. Les procédures courantes telles que les arthroplasties du genou et de la hanche peuvent entraîner des infections bactériennes telles que le staphylocoque, qui sont actuellement traitées avec des antibiotiques systémiques. L’exposition systémique aux antibiotiques ne cible pas précisément l’infection ; Par conséquent, des doses énormes sont nécessaires, entraînant des conséquences involontaires de résistance aux médicaments et de destruction du microbiote bénéfique. Pour résoudre ce problème croissant, les chercheurs du département de médecine de Brigham et du département de chirurgie orthopédique ont travaillé au développement d'une combinaison efficace et administrée localement d'antibiotiques et de ciment osseux.

Pour construire un nouvel antibiotique pour une administration locale spécifique via une matrice de ciment osseux, du ciment osseux en polyméthacrylate de méthyle (PMMA) a été utilisé - ; l'étalon-or reconnu par la FDA. L’équipe a sélectionné des molécules pour la conception d’antibiotiques et a recherché des bactéries sensibles et résistantes aux médicaments dans un modèle préclinique. Enfin, l’équipe a comparé le ciment osseux PMMA utilisé cliniquement et le nouveau ciment osseux PMMA chargé d’antibiotiques en utilisant un modèle prophylactique et un modèle établi de lésion tibiale infectée par un staphylocoque.

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Les chercheurs ont identifié l'antibiotique à double action VCD-077 et examiné son activité et son efficacité dans des cellules et dans des modèles animaux. Le VCD-077 a non seulement démontré la cinétique de libération souhaitée du médicament sans compromettre la stabilité du ciment osseux PMMA, mais a également démontré une grande efficacité contre un large spectre de souches bactériennes résistantes aux médicaments et a ralenti le développement de résistances futures. En fait, le ciment osseux PMMA chargé de VCD-077 a démontré une plus grande efficacité que tous les ciments osseux chargés d'antibiotiques actuellement utilisés contre les infections osseuses à staphylocoques dans un modèle de rat.

Avant l’utilisation clinique, l’équipe doit s’attaquer à deux limitations majeures : les différences potentielles entre le modèle de rat étudié et l’homme et les études de toxicité nécessaires. Mais les chercheurs notent que l’avenir est prometteur pour les traitements localisés spécifiques aux tissus, tels qu’une injection mini-invasive de ciment osseux contenant des antibiotiques. Se concentrer sur la spécificité tissulaire dès le stade de développement et sur l’interaction médicament-dispositif peut aider à développer des traitements qui fonctionnent avec précision sans entretenir de résistance aux médicaments. De plus, l'utilisation nouvelle de l'informatique par l'équipe pour trouver des molécules et optimiser la conception des antibiotiques a été un succès majeur, suggérant le potentiel de la programmation informatique et de la technologie de l'IA pour rationaliser le développement de médicaments.

L’avenir réside dans la combinaison de l’intelligence artificielle et de la découverte de médicaments pour rendre le développement de nouveaux antibiotiques plus efficace et plus rentable que jamais. L’interdisciplinarité de notre approche et la spécificité de notre développement de médicaments créeront véritablement un nouveau paradigme de technologie médicale.

Shiladitya Sengupta, PhD, auteur co-correspondant, codirecteur du Brigham’s Center for Engineered Therapeutics

Jang a déclaré: "Le traitement peut devenir plus compliqué et les bactéries peuvent devenir plus sophistiquées, mais nous, ingénieurs biomédicaux, devenons également plus sophistiqués."

Source:

Hôpital Brigham et femmes

Référence:

Ghosh, S., et coll. (2022) Un implant de ciment osseux efficace chargé d’antibiotiques contre les infections osseuses staphylococciques. Génie biomédical naturel. est ce que je.org/10.1038/s41551-022-00950-x.

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