Cimento ósseo forte carregado com antibióticos pode ser usado para tratar infecções ósseas

Cimento ósseo forte carregado com antibióticos pode ser usado para tratar infecções ósseas

Todos os anos, 700.000 pessoas morrem devido à resistência aos antibióticos. Infelizmente, uma população global crescente está a criar uma resistência crescente aos tratamentos antibióticos estabelecidos -; Uma ameaça que foi enfrentada com financiamento inadequado e inspiração cada vez menor, à medida que os incentivos comerciais para desenvolver novos antibióticos diminuíram. Um novo estudo realizado por pesquisadores do Brigham and Women's Hospital, membro fundador do Mass General Brigham Health System, aborda esse problema crescente no desenvolvimento de antibióticos com uma abordagem nova e interdisciplinar para construir uma biblioteca robusta de antibióticos gerada por computador e identificar um antibiótico eficaz para uso direcionado em uma matriz de cimento ósseo. Esta abordagem poderia ser potencialmente usada para tratar infecções ósseas, uma complicação comum após cirurgia ortopédica. Seus resultados foram publicados na Nature Biomedical Engineering.

“Atualmente, a Food and Drug Administration (FDA) aprovou apenas cimentos ósseos carregados com antibióticos que não foram originalmente concebidos para o tecido ósseo”, disse Hae Lin Jang, PhD, codiretor do Centro de Terapêutica de Engenharia de Brigham e investigador principal do Laboratório para o Desenvolvimento de Biomateriais e Biotecnologias Avançadas. "Além de não ser específico do tecido ósseo, surgiu resistência a esses antibióticos. Precisamos desenvolver uma nova geração de antibióticos otimizados para atender a essa necessidade emergente."

Esta crescente batalha contra a resistência aos antibióticos fundiu-se com um aumento semelhante do envelhecimento da população, que agora requer mais procedimentos ortopédicos do que nunca. Procedimentos comuns, como substituições de joelho e quadril, podem causar infecções bacterianas, como estafilococos, que atualmente são tratadas com antibióticos sistêmicos. A exposição sistémica aos antibióticos não visa precisamente a infecção; Portanto, são necessárias doses enormes, levando às consequências indesejadas de resistência aos medicamentos e destruição da microbiota benéfica. Para resolver este problema crescente, pesquisadores do Departamento de Medicina de Brigham e do Departamento de Cirurgia Ortopédica trabalharam para desenvolver uma combinação eficaz e administrada localmente de antibióticos e cimento ósseo.

Para construir um novo antibiótico para administração local específica através de uma matriz de cimento ósseo, foi utilizado cimento ósseo de polimetilmetacrilato (PMMA) -; o reconhecido padrão ouro da FDA. A equipe selecionou moléculas para o desenvolvimento de antibióticos e rastreou bactérias sensíveis e resistentes a medicamentos em um modelo pré-clínico. Finalmente, a equipe comparou o cimento ósseo de PMMA usado clinicamente e o novo cimento ósseo de PMMA carregado com antibiótico, usando um modelo profilático e um modelo estabelecido de lesão tibial infectada por estafilococos.

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Os investigadores identificaram o antibiótico de dupla acção VCD-077 e examinaram a sua actividade e eficácia em células e em modelos animais. O VCD-077 não apenas demonstrou a cinética de liberação desejada do medicamento sem comprometer a estabilidade do cimento ósseo de PMMA, mas também demonstrou alta eficácia contra um amplo espectro de cepas bacterianas resistentes aos medicamentos e retardou o desenvolvimento de resistência futura. Na verdade, o cimento ósseo PMMA carregado com VCD-077 demonstrou maior eficácia do que todos os cimentos ósseos carregados com antibióticos usados ​​atualmente contra infecções ósseas estafilocócicas em um modelo de rato.

Antes do uso clínico, a equipe deve abordar duas limitações principais: diferenças potenciais entre o modelo de rato estudado e os humanos e estudos de toxicidade necessários. Mas os pesquisadores observam que o futuro é brilhante para tratamentos localizados e específicos de tecidos, como uma injeção minimamente invasiva de cimento ósseo misturado com antibióticos. Concentrar-se na especificidade do tecido desde o estágio de desenvolvimento e na interação medicamento-dispositivo pode ajudar a desenvolver tratamentos que funcionem com precisão, sem manter a resistência aos medicamentos. Além disso, o novo uso da computação pela equipe para encontrar moléculas e otimizar o design de antibióticos foi um grande sucesso, sugerindo o potencial da programação de computadores e da tecnologia de IA para agilizar o desenvolvimento de medicamentos.

O futuro reside na combinação da inteligência artificial e da descoberta de medicamentos para tornar o desenvolvimento de novos antibióticos mais eficiente e rentável do que nunca. A interdisciplinaridade em nossa abordagem e a especificidade em nosso desenvolvimento de medicamentos criarão verdadeiramente um novo paradigma de tecnologia médica.”

Shiladitya Sengupta, PhD, coautora correspondente, codiretora do Brigham’s Center for Engineered Therapeutics

Jang disse: “O tratamento pode se tornar mais complicado e as bactérias podem se tornar mais sofisticadas, mas nós, engenheiros biomédicos, também estamos nos tornando mais sofisticados”.

Fonte:

Hospital Brigham e da Mulher

Referência:

Ghosh, S., et al. (2022) Um implante de cimento ósseo carregado de antibióticos eficaz contra infecções ósseas estafilocócicas. Engenharia Biomédica da Natureza. doi.org/10.1038/s41551-022-00950-x.

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