Cimentul osos puternic, încărcat cu antibiotice, ar putea fi folosit pentru a trata infecțiile osoase

Cimentul osos puternic, încărcat cu antibiotice, ar putea fi folosit pentru a trata infecțiile osoase

În fiecare an, 700.000 de oameni mor din cauza rezistenței la antibiotice. Din păcate, o populație globală în creștere creează rezistență tot mai mare la tratamentele cu antibiotice consacrate -; O amenințare care a fost întâmpinată cu finanțare inadecvată și inspirație în scădere, deoarece stimulentele comerciale pentru dezvoltarea de noi antibiotice s-au diminuat. Un nou studiu realizat de cercetătorii de la Brigham and Women's Hospital, un membru fondator al Mass General Brigham Health System, abordează această problemă în creștere în dezvoltarea antibioticelor printr-o abordare nouă, interdisciplinară pentru construirea unei biblioteci robuste, generate de computer, de antibiotice și identificarea unui antibiotic eficient pentru utilizare țintită într-o matrice de ciment osos. Această abordare ar putea fi utilizată pentru a trata infecțiile osoase, o complicație frecventă după intervenția chirurgicală ortopedică. Rezultatele lor au fost publicate în Nature Biomedical Engineering.

„În prezent, Food and Drug Administration (FDA) a aprobat doar cimenturile osoase încărcate cu antibiotice care nu au fost concepute inițial pentru țesutul osos”, a declarat Hae Lin Jang, dr., co-director al Centrului Brigham pentru Terapie Inginerie și investigator principal al Laboratorului pentru Dezvoltarea Biomaterialelor și Biotehnologiilor Avansate. „Pe lângă faptul că nu este specifică țesutului osos, a apărut rezistența la aceste antibiotice. Trebuie să dezvoltăm o nouă generație de antibiotice optimizate pentru a răspunde acestei nevoi emergente”.

Această bătălie din ce în ce mai mare împotriva rezistenței la antibiotice a fuzionat cu o populație care îmbătrânește în mod similar, care necesită acum mai multe proceduri ortopedice decât oricând înainte. Procedurile obișnuite, cum ar fi protezele de genunchi și șold, pot duce la infecții bacteriene, cum ar fi stafilococul, care sunt tratate în prezent cu antibiotice sistemice. Expunerea sistemică la antibiotice nu vizează în mod precis infecția; Prin urmare, sunt necesare doze enorme, ceea ce duce la consecințele neintenționate ale rezistenței la medicamente și distrugerea microbiotei benefice. Pentru a aborda această problemă în creștere, cercetătorii de la Departamentul de Medicină al lui Brigham și de la Departamentul de Chirurgie Ortopedică au lucrat pentru a dezvolta o combinație eficientă și administrată local de antibiotice și ciment osos.

Pentru a construi un nou antibiotic pentru livrare locală specifică printr-o matrice de ciment osos, a fost utilizat ciment osos de polimetil metacrilat (PMMA); standardul de aur recunoscut FDA. Echipa a selectat moleculele pentru proiectarea antibioticelor și a verificat bacteriile sensibile și rezistente la medicamente într-un model preclinic. În cele din urmă, echipa a comparat cimentul osos PMMA utilizat clinic și noul ciment osos PMMA încărcat cu antibiotice, utilizând un model profilactic și un model stabilit de leziuni tibiale infectate cu stafilococ.

Cartea electronică pentru descoperirea medicamentelor

Compilare a celor mai bune interviuri, articole și știri din ultimul an. Descărcați o copie astăzi

Cercetătorii au identificat antibioticul cu dublă acțiune VCD-077 și i-au examinat activitatea și eficacitatea în celule și în modele animale. VCD-077 nu numai că a demonstrat cinetica dorită de eliberare a medicamentului fără a compromite stabilitatea cimentului osos PMMA, dar a demonstrat, de asemenea, o eficacitate ridicată împotriva unui spectru larg de tulpini bacteriene rezistente la medicamente și a încetinit dezvoltarea rezistenței viitoare. De fapt, cimentul osos PMMA încărcat cu VCD-077 a demonstrat o eficacitate mai mare decât toate cimenturile osoase încărcate cu antibiotice utilizate în prezent împotriva infecțiilor osoase stafilococice într-un model de șobolan.

Înainte de utilizarea clinică, echipa trebuie să abordeze două limitări majore: diferențele potențiale dintre modelul de șobolan studiat și om și studiile de toxicitate necesare. Dar cercetătorii observă că viitorul este strălucitor pentru tratamentele specifice țesuturilor, localizate, cum ar fi o injecție minim invazivă de ciment osos cu antibiotic. Concentrarea asupra specificității țesuturilor din stadiul de dezvoltare și a interacțiunii medicament-dispozitiv poate ajuta la dezvoltarea unor tratamente care funcționează exact fără a menține rezistența la medicamente. În plus, noua utilizare a computerului de către echipă pentru a găsi molecule și a optimiza proiectarea antibioticelor a fost un succes major, sugerând potențialul programării computerizate și al tehnologiei AI pentru a eficientiza dezvoltarea medicamentelor.

Viitorul constă în combinarea inteligenței artificiale și a descoperirii de medicamente pentru a face dezvoltarea de noi antibiotice mai eficientă și mai rentabilă decât oricând. Interdisciplinaritatea în abordarea noastră și specificitatea în dezvoltarea medicamentelor noastre vor crea cu adevărat o nouă paradigmă de tehnologie medicală.”

Shiladitya Sengupta, PhD, co-autor corespondent, co-director al Centrului Brigham pentru Terapie Inginerie

Jang a spus: „Tratamentul poate deveni mai complicat, iar bacteriile pot deveni mai sofisticate, dar noi, inginerii biomedici, suntem, de asemenea, din ce în ce mai sofisticați”.

Sursă:

Brigham and Women's Hospital

Referinţă:

Ghosh, S., și colab. (2022) Un implant eficient de ciment osos încărcat cu antibiotice împotriva infecțiilor osoase stafilococice. Inginerie biomedicală a naturii. doi.org/10.1038/s41551-022-00950-x.

.