Mocny cement kostny zawierający antybiotyki można stosować w leczeniu infekcji kości

Mocny cement kostny zawierający antybiotyki można stosować w leczeniu infekcji kości

Co roku 700 000 ludzi umiera z powodu oporności na antybiotyki. Niestety, rosnąca populacja na świecie powoduje coraz większą oporność na ustalone metody leczenia antybiotykami; Zagrożenie, które spotkało się z niewystarczającym finansowaniem i malejącą inspiracją w miarę zmniejszania się zachęt komercyjnych do opracowywania nowych antybiotyków. Nowe badanie przeprowadzone przez naukowców z Brigham and Women's Hospital, członka-założyciela Mass General Brigham Health System, rozwiązuje ten rosnący problem w opracowywaniu antybiotyków dzięki nowatorskiemu, interdyscyplinarnemu podejściu do tworzenia solidnej, generowanej komputerowo biblioteki antybiotyków i identyfikowania skutecznego antybiotyku do ukierunkowanego zastosowania w matrycy cementu kostnego. Podejście to można potencjalnie zastosować w leczeniu infekcji kości, które są częstym powikłaniem po operacjach ortopedycznych. Wyniki ich badań opublikowano w czasopiśmie Nature Biomedical Engineering.

„Obecnie Agencja ds. Żywności i Leków (FDA) zatwierdza wyłącznie cementy kostne zawierające antybiotyki, które nie były pierwotnie przeznaczone dla tkanki kostnej” – powiedział dr Hae Lin Jang, współdyrektor Centrum Terapii Inżynieryjnych w Brigham i główny badacz Laboratorium Rozwoju Zaawansowanych Biomateriałów i Biotechnologii. „Oprócz tego, że nie są one specyficzne dla tkanki kostnej, pojawiła się oporność na te antybiotyki. Musimy opracować nową generację antybiotyków zoptymalizowanych pod kątem zaspokojenia tej pojawiającej się potrzeby”.

Ta rosnąca walka z opornością na antybiotyki połączyła się z podobnie rosnącym starzeniem się populacji, która obecnie wymaga większej liczby zabiegów ortopedycznych niż kiedykolwiek wcześniej. Typowe procedury, takie jak endoprotezoplastyka stawu kolanowego i biodrowego, mogą prowadzić do infekcji bakteryjnych, takich jak gronkowiec, które obecnie leczy się antybiotykami ogólnoustrojowymi. Ogólnoustrojowe narażenie na antybiotyki nie jest dokładnie ukierunkowane na infekcję; Dlatego potrzebne są ogromne dawki, co prowadzi do niezamierzonych konsekwencji lekooporności i zniszczenia korzystnej mikroflory. Aby rozwiązać ten narastający problem, naukowcy z Wydziału Lekarskiego i Chirurgii Ortopedycznej firmy Brigham pracowali nad opracowaniem dostarczanej lokalnie i skutecznej kombinacji antybiotyków i cementu kostnego.

Aby skonstruować nowy antybiotyk do specyficznego podawania miejscowego poprzez matrycę cementu kostnego, zastosowano cement kostny z polimetakrylanu metylu (PMMA). uznany złoty standard FDA. Zespół umieścił cząsteczki na krótkiej liście do projektowania antybiotyków i przeprowadził badania przesiewowe pod kątem bakterii wrażliwych i lekoopornych w modelu przedklinicznym. Na koniec zespół porównał klinicznie stosowany cement kostny PMMA z nowym cementem kostnym PMMA zawierającym antybiotyk, stosując profilaktyczny i ustalony model uszkodzenia kości piszczelowej zakażonej gronkowcem.

Książka elektroniczna o odkrywaniu leków

Zestawienie najważniejszych wywiadów, artykułów i aktualności z ostatniego roku. Pobierz kopię już dziś

Naukowcy zidentyfikowali antybiotyk o podwójnym działaniu VCD-077 i zbadali jego aktywność i skuteczność w komórkach i modelach zwierzęcych. VCD-077 nie tylko wykazał pożądaną kinetykę uwalniania leku bez uszczerbku dla stabilności cementu kostnego PMMA, ale także wykazał wysoką skuteczność przeciwko szerokiemu spektrum lekoopornych szczepów bakteryjnych i spowolnił rozwój przyszłej oporności. W rzeczywistości cement kostny PMMA obciążony VCD-077 wykazał większą skuteczność niż wszystkie obecnie stosowane cementy kostne zawierające antybiotyki przeciwko infekcjom kości wywołanym przez gronkowce w modelu szczurzym.

Przed zastosowaniem klinicznym zespół musi uwzględnić dwa główne ograniczenia: potencjalne różnice między badanym modelem szczurzym i ludzkim oraz niezbędne badania toksyczności. Badacze zauważają jednak, że przyszłość rysuje się w jasnych barwach dla terapii ukierunkowanych na tkankę i miejscowych, takich jak minimalnie inwazyjne wstrzyknięcie cementu kostnego z dodatkiem antybiotyków. Skoncentrowanie się na specyficzności tkanki już na etapie opracowywania i interakcji leku z urządzeniem może pomóc w opracowaniu terapii, które będą działać precyzyjnie, bez utrzymywania lekooporności. Ponadto nowatorskie wykorzystanie przez zespół informatyki do znajdowania cząsteczek i optymalizacji projektowania antybiotyków było dużym sukcesem, co sugeruje, że programowanie komputerowe i technologia sztucznej inteligencji mogą usprawnić opracowywanie leków.

Przyszłość leży w połączeniu sztucznej inteligencji i odkrywania leków, aby opracowywanie nowych antybiotyków było bardziej wydajne i opłacalne niż kiedykolwiek wcześniej. Interdyscyplinarność naszego podejścia i specyfika opracowywania leków naprawdę stworzą nowy paradygmat technologii medycznej”.

Doktor Shiladitya Sengupta, współautorka do korespondencji i współdyrektor Brigham’s Center for Engineered Therapeutics

Jang powiedział: „Leczenie może stać się bardziej skomplikowane, a bakterie mogą stać się bardziej wyrafinowane, ale my, inżynierowie biomedyczni, również stajemy się bardziej wyrafinowani”.

Źródło:

Brigham i Szpital Kobiet

Odniesienie:

Ghosh, S. i in. (2022) Skuteczny implant cementu kostnego naładowany antybiotykiem przeciwko gronkowcowym infekcjom kości. Natura Inżynieria Biomedyczna. doi.org/10.1038/s41551-022-00950-x.

.