Sterk botcement, beladen met antibiotica, zou kunnen worden gebruikt om botinfecties te behandelen

Sterk botcement, beladen met antibiotica, zou kunnen worden gebruikt om botinfecties te behandelen

Jaarlijks sterven 700.000 mensen aan antibioticaresistentie. Helaas creëert een groeiende wereldbevolking steeds meer resistentie tegen gevestigde antibioticabehandelingen; Een dreiging die met ontoereikende financiering en afnemende inspiratie is bestreden nu de commerciële prikkels om nieuwe antibiotica te ontwikkelen zijn afgenomen. Een nieuwe studie door onderzoekers van Brigham and Women's Hospital, een van de oprichters van het Mass General Brigham Health System, pakt dit groeiende probleem bij de ontwikkeling van antibiotica aan met een nieuwe, interdisciplinaire benadering voor het opbouwen van een robuuste, door de computer gegenereerde bibliotheek van antibiotica en het identificeren van een effectief antibioticum voor gericht gebruik in een botcementmatrix. Deze aanpak zou mogelijk kunnen worden gebruikt voor de behandeling van botinfecties, een veel voorkomende complicatie na orthopedische chirurgie. Hun resultaten zijn gepubliceerd in Nature Biomedical Engineering.

“Momenteel heeft de Food and Drug Administration (FDA) alleen botcementen goedgekeurd die zijn geladen met antibiotica en die oorspronkelijk niet zijn ontworpen voor botweefsel”, zegt Hae Lin Jang, PhD, mededirecteur van het Brigham’s Centre for Engineered Therapeutics en hoofdonderzoeker van het Laboratory for the Development of Advanced Biomaterials and Biotechnologies. "Behalve dat ze niet-botweefselspecifiek zijn, is er resistentie tegen deze antibiotica ontstaan. We moeten een nieuwe generatie antibiotica ontwikkelen die geoptimaliseerd is om aan deze opkomende behoefte te voldoen."

Deze toenemende strijd tegen antibioticaresistentie is samengegaan met een eveneens toenemende vergrijzing van de bevolking, die nu meer orthopedische procedures vereist dan ooit tevoren. Veel voorkomende procedures zoals knie- en heupvervangingen kunnen leiden tot bacteriële infecties zoals stafylokok, die momenteel worden behandeld met systemische antibiotica. Systemische blootstelling aan antibiotica is niet specifiek gericht op de infectie; Daarom zijn enorme doses nodig, wat leidt tot de onbedoelde gevolgen van resistentie tegen geneesmiddelen en vernietiging van nuttige microbiota. Om dit groeiende probleem aan te pakken, hebben onderzoekers van Brigham's Department of Medicine en de Department of Orthopaedic Surgery gewerkt aan de ontwikkeling van een lokaal toegediende en effectieve combinatie van antibiotica en botcement.

Om een ​​nieuw antibioticum te construeren voor specifieke lokale toediening via een botcementmatrix, werd polymethylmethacrylaat (PMMA) botcement gebruikt; de erkende gouden standaard van de FDA. Het team heeft moleculen op de shortlist gezet voor het ontwerpen van antibiotica en gescreend op medicijngevoelige en medicijnresistente bacteriën in een preklinisch model. Ten slotte vergeleek het team het klinisch gebruikte PMMA-botcement en het nieuwe, met antibiotica beladen PMMA-botcement, met behulp van een profylactisch en een gevestigd stafylokokken-geïnfecteerd scheenbeenletselmodel.

E-boek voor het ontdekken van geneesmiddelen

Compilatie van de beste interviews, artikelen en nieuws van het afgelopen jaar. Download vandaag nog een exemplaar

Onderzoekers identificeerden het dubbelwerkende antibioticum VCD-077 en onderzochten de activiteit en effectiviteit ervan in cellen en in diermodellen. VCD-077 demonstreerde niet alleen de gewenste geneesmiddelafgiftekinetiek zonder de stabiliteit van het PMMA-botcement in gevaar te brengen, maar toonde ook een hoge werkzaamheid tegen een breed spectrum van geneesmiddelresistente bacteriestammen en vertraagde de ontwikkeling van toekomstige resistentie. In feite vertoonde met VCD-077 geladen PMMA-botcement een grotere werkzaamheid dan alle momenteel gebruikte met antibiotica gevulde botcementen tegen stafylokokken-botinfecties in een rattenmodel.

Vóór klinisch gebruik moet het team twee belangrijke beperkingen aanpakken: mogelijke verschillen tussen het bestudeerde rattenmodel en mensen, en noodzakelijke toxiciteitsstudies. Maar onderzoekers merken op dat de toekomst rooskleurig is voor weefselspecifieke, gelokaliseerde behandelingen zoals een minimaal invasieve injectie van met antibiotica geregen botcement. Het focussen op weefselspecificiteit vanaf de ontwikkelingsfase en de interactie tussen geneesmiddelen kan bijdragen aan de ontwikkeling van behandelingen die nauwkeurig werken zonder de resistentie tegen geneesmiddelen in stand te houden. Bovendien was het nieuwe gebruik van computers door het team om moleculen te vinden en het ontwerp van antibiotica te optimaliseren een groot succes, wat wijst op het potentieel van computerprogrammering en AI-technologie om de ontwikkeling van geneesmiddelen te stroomlijnen.

De toekomst ligt in het combineren van kunstmatige intelligentie en het ontdekken van geneesmiddelen om de ontwikkeling van nieuwe antibiotica efficiënter en kosteneffectiever dan ooit tevoren te maken. Interdisciplinariteit in onze aanpak en specificiteit in onze medicijnontwikkeling zullen echt een nieuw medisch technologieparadigma creëren.”

Shiladitya Sengupta, PhD, co-corresponderend auteur, co-directeur van Brigham’s Centre for Engineered Therapeutics

Jang zei: "De behandeling wordt misschien ingewikkelder en de bacteriën worden misschien geavanceerder, maar wij biomedische ingenieurs worden ook steeds geavanceerder."

Bron:

Brigham en Vrouwenziekenhuis

Referentie:

Ghosh, S., et al. (2022) Een effectief, met antibiotica geladen botcementimplantaat tegen botinfecties door stafylokokken. Natuur Biomedische Technologie. doi.org/10.1038/s41551-022-00950-x.

.