Sterk beinsement lastet med antibiotika kan brukes til å behandle beininfeksjoner

Sterk beinsement lastet med antibiotika kan brukes til å behandle beininfeksjoner

Hvert år dør 700 000 mennesker av antibiotikaresistens. Dessverre skaper en voksende global befolkning økende motstand mot etablerte antibiotikabehandlinger -; En trussel som har blitt møtt med utilstrekkelig finansiering og minkende inspirasjon ettersom kommersielle insentiver for å utvikle nye antibiotika har blitt mindre. En ny studie utført av forskere ved Brigham and Women's Hospital, et grunnleggende medlem av Mass General Brigham Health System, adresserer dette økende problemet innen antibiotikautvikling med en ny, tverrfaglig tilnærming for å bygge et robust, datagenerert bibliotek av antibiotika og identifisere et effektivt antibiotika for målrettet bruk i en beinsementmatrise. Denne tilnærmingen kan potensielt brukes til å behandle beininfeksjoner, en vanlig komplikasjon etter ortopedisk kirurgi. Resultatene deres ble publisert i Nature Biomedical Engineering.

"Foreløpig har Food and Drug Administration (FDA) bare godkjent beinsement lastet med antibiotika som ikke opprinnelig var designet for beinvev," sa Hae Lin Jang, PhD, meddirektør for Brigham's Center for Engineered Therapeutics og hovedetterforsker ved Laboratory for the Development of Advanced Biomaterials and Biotechnologies. "I tillegg til å være ikke-benvevsspesifikk, har resistens mot disse antibiotika dukket opp. Vi må utvikle en ny generasjon antibiotika som er optimalisert for å møte dette nye behovet."

Denne økende kampen mot antibiotikaresistens har smeltet sammen med en tilsvarende økende aldrende befolkning, som nå krever flere ortopediske prosedyrer enn noen gang før. Vanlige prosedyrer som kne- og hofteproteser kan føre til bakterielle infeksjoner som staph, som i dag behandles med systemiske antibiotika. Systemisk eksponering for antibiotika retter seg ikke nøyaktig mot infeksjonen; Derfor kreves enorme doser, noe som fører til utilsiktede konsekvenser av medikamentresistens og ødeleggelse av gunstig mikrobiota. For å løse dette økende problemet jobbet forskere ved Brighams avdeling for medisin og avdeling for ortopedisk kirurgi for å utvikle en lokalt levert og effektiv kombinasjon av antibiotika og beinsement.

For å konstruere et nytt antibiotikum for spesifikk lokal levering via en beinsementmatrise, ble polymetylmetakrylat (PMMA) beinsement brukt -; den anerkjente FDA gullstandarden. Teamet kortlistet molekyler for antibiotikadesign og screenet for medikamentfølsomme og medikamentresistente bakterier i en preklinisk modell. Til slutt sammenlignet teamet klinisk brukt PMMA-bensement og den nye antibiotikabelastede PMMA-bensementen ved å bruke en profylaktisk og en etablert modell for stafylokokkinfisert tibialskade.

Drug Discovery E-bok

Sammenstilling av de beste intervjuene, artikler og nyheter fra det siste året. Last ned en kopi i dag

Forskere identifiserte dobbeltvirkende antibiotikum VCD-077 og undersøkte dets aktivitet og effektivitet i celler og i dyremodeller. VCD-077 viste ikke bare den ønskede legemiddelfrigjøringskinetikken uten å kompromittere stabiliteten til PMMA-bensementen, men demonstrerte også høy effekt mot et bredt spekter av medikamentresistente bakteriestammer og bremset utviklingen av fremtidig resistens. Faktisk viste VCD-077-lastet PMMA-bensement større effektivitet enn alle for tiden brukte antibiotika-belastede beinsementer mot stafylokokkbeininfeksjoner i en rottemodell.

Før klinisk bruk må teamet adressere to store begrensninger: potensielle forskjeller mellom rottemodellen som er studert og mennesker og nødvendige toksisitetsstudier. Men forskere bemerker at fremtiden er lys for vevsspesifikke, lokaliserte behandlinger som en minimalt invasiv injeksjon av bensement med antibiotika. Fokusering på vevsspesifisitet fra utviklingsstadiet og interaksjon med legemiddel-enhet kan bidra til å utvikle behandlinger som fungerer nøyaktig uten å opprettholde medikamentresistens. I tillegg var teamets nye bruk av databehandling for å finne molekyler og optimalisere antibiotikadesign en stor suksess, noe som tyder på potensialet for dataprogrammering og AI-teknologi for å effektivisere utviklingen av legemidler.

Fremtiden ligger i å kombinere kunstig intelligens og medikamentoppdagelse for å gjøre utviklingen av nye antibiotika mer effektiv og kostnadseffektiv enn noen gang før. Tverrfaglighet i vår tilnærming og spesifisitet i vår medikamentutvikling vil virkelig skape et nytt medisinsk teknologiparadigme."

Shiladitya Sengupta, PhD, medkorresponderende forfatter, meddirektør for Brighams Center for Engineered Therapeutics

Jang sa: "Behandlingen kan bli mer komplisert og bakteriene kan bli mer sofistikerte, men vi biomedisinske ingeniører blir også mer sofistikerte."

Kilde:

Brigham and Women's Hospital

Referanse:

Ghosh, S., et al. (2022) Et effektivt antibiotikabelastet beinsementimplantat mot stafylokokkbeininfeksjoner. Natur Biomedisinsk ingeniørfag. doi.org/10.1038/s41551-022-00950-x.

.