Un forte cemento osseo caricato con antibiotici potrebbe essere utilizzato per trattare le infezioni ossee

Un forte cemento osseo caricato con antibiotici potrebbe essere utilizzato per trattare le infezioni ossee

Ogni anno 700.000 persone muoiono a causa della resistenza agli antibiotici. Sfortunatamente, una popolazione globale in crescita sta creando una crescente resistenza ai trattamenti antibiotici consolidati; Una minaccia che è stata affrontata con finanziamenti inadeguati e con la diminuzione dell’ispirazione poiché gli incentivi commerciali per lo sviluppo di nuovi antibiotici sono diminuiti. Un nuovo studio condotto da ricercatori del Brigham and Women’s Hospital, membro fondatore del Mass General Brigham Health System, affronta questo crescente problema nello sviluppo di antibiotici con un nuovo approccio interdisciplinare per costruire una solida libreria di antibiotici generata dal computer e identificare un antibiotico efficace per l’uso mirato in una matrice di cemento osseo. Questo approccio potrebbe essere potenzialmente utilizzato per trattare le infezioni ossee, una complicanza comune dopo la chirurgia ortopedica. I loro risultati sono stati pubblicati su Nature Biomedical Engineering.

"Attualmente, la Food and Drug Administration (FDA) ha approvato solo cementi ossei caricati con antibiotici che non erano stati originariamente progettati per il tessuto osseo", ha affermato Hae Lin Jang, PhD, co-direttore del Brigham's Center for Engineered Therapeutics e ricercatore principale del Laboratorio per lo sviluppo di biomateriali e biotecnologie avanzati. "Oltre ad essere non specifici del tessuto osseo, è emersa una resistenza a questi antibiotici. Dobbiamo sviluppare una nuova generazione di antibiotici ottimizzati per soddisfare questa esigenza emergente."

Questa crescente battaglia contro la resistenza agli antibiotici si è unita a un analogo aumento dell’invecchiamento della popolazione, che ora richiede più procedure ortopediche che mai. Procedure comuni come la sostituzione del ginocchio e dell'anca possono portare a infezioni batteriche come lo stafilococco, che sono attualmente trattate con antibiotici sistemici. L’esposizione sistemica agli antibiotici non mira precisamente all’infezione; Pertanto, sono necessarie dosi enormi, che portano a conseguenze indesiderate di resistenza ai farmaci e distruzione del microbiota benefico. Per affrontare questo problema crescente, i ricercatori del Dipartimento di Medicina e del Dipartimento di Chirurgia Ortopedica di Brigham hanno lavorato per sviluppare una combinazione efficace e somministrata localmente di antibiotici e cemento osseo.

Per costruire un nuovo antibiotico per la somministrazione locale specifica tramite una matrice di cemento osseo, è stato utilizzato il cemento osseo a base di polimetilmetacrilato (PMMA); il gold standard riconosciuto dalla FDA. Il team ha selezionato le molecole per la progettazione di antibiotici e ha selezionato batteri sensibili e resistenti ai farmaci in un modello preclinico. Infine, il team ha confrontato il cemento osseo PMMA utilizzato clinicamente e il nuovo cemento osseo PMMA caricato con antibiotici utilizzando un modello profilattico e un modello consolidato di lesione tibiale infetta da stafilococco.

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I ricercatori hanno identificato l'antibiotico a doppia azione VCD-077 e ne hanno esaminato l'attività e l'efficacia nelle cellule e nei modelli animali. VCD-077 non solo ha dimostrato la cinetica di rilascio del farmaco desiderata senza compromettere la stabilità del cemento osseo PMMA, ma ha anche dimostrato un’elevata efficacia contro un ampio spettro di ceppi batterici resistenti ai farmaci e ha rallentato lo sviluppo di futura resistenza. In effetti, il cemento osseo PMMA caricato con VCD-077 ha dimostrato una maggiore efficacia rispetto a tutti i cementi ossei caricati con antibiotici attualmente utilizzati contro le infezioni ossee da stafilococco in un modello di ratto.

Prima dell’uso clinico, il team deve affrontare due limitazioni principali: le potenziali differenze tra il modello di ratto studiato e gli esseri umani e gli studi di tossicità necessari. Ma i ricercatori sottolineano che il futuro è luminoso per i trattamenti localizzati e specifici per i tessuti, come l’iniezione minimamente invasiva di cemento osseo trattato con antibiotici. Concentrarsi sulla specificità dei tessuti fin dalla fase di sviluppo e sull’interazione farmaco-dispositivo può aiutare a sviluppare trattamenti che funzionino con precisione senza mantenere la resistenza ai farmaci. Inoltre, il nuovo utilizzo dell’informatica da parte del team per trovare molecole e ottimizzare la progettazione di antibiotici è stato un grande successo, suggerendo il potenziale della programmazione informatica e della tecnologia AI per semplificare lo sviluppo di farmaci.

Il futuro sta nel combinare l’intelligenza artificiale e la scoperta di farmaci per rendere lo sviluppo di nuovi antibiotici più efficiente ed economico che mai. L’interdisciplinarietà nel nostro approccio e la specificità nello sviluppo dei nostri farmaci creeranno davvero un nuovo paradigma della tecnologia medica”.

Shiladitya Sengupta, PhD, co-autore corrispondente, co-direttore del Brigham's Center for Engineered Therapeutics

Jang ha detto: "Il trattamento potrebbe diventare più complicato e i batteri potrebbero diventare più sofisticati, ma anche noi ingegneri biomedici stiamo diventando più sofisticati".

Fonte:

Brigham e l'ospedale femminile

Riferimento:

Ghosh, S., et al. (2022) Un efficace impianto di cemento osseo caricato con antibiotici contro le infezioni ossee da stafilococco. Ingegneria Biomedica della Natura. doi.org/10.1038/s41551-022-00950-x.

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