Silný kostný cement naplnený antibiotikami by sa mohol použiť na liečbu infekcií kostí

Silný kostný cement naplnený antibiotikami by sa mohol použiť na liečbu infekcií kostí

Každý rok zomiera 700 000 ľudí na rezistenciu na antibiotiká. Bohužiaľ, rastúca globálna populácia vytvára rastúcu rezistenciu voči zavedeným antibiotikám -; Hrozba, ktorá sa stretla s nedostatočným financovaním a zmenšujúcou sa inšpiráciou, keďže komerčné stimuly na vývoj nových antibiotík sa zmenšovali. Nová štúdia výskumníkov z Brigham and Women's Hospital, zakladajúceho člena Mass General Brigham Health System, rieši tento rastúci problém vo vývoji antibiotík s novým, interdisciplinárnym prístupom k vybudovaniu robustnej, počítačom generovanej knižnice antibiotík a identifikácii účinného antibiotika na cielené použitie v matrici kostného cementu. Tento prístup by sa mohol potenciálne použiť na liečbu infekcií kostí, bežnej komplikácie po ortopedickej chirurgii. Ich výsledky boli publikované v Nature Biomedical Engineering.

"V súčasnosti Úrad pre potraviny a liečivá (FDA) schválil iba kostné cementy naplnené antibiotikami, ktoré neboli pôvodne navrhnuté pre kostné tkanivo," povedal Hae Lin Jang, PhD, spoluriaditeľ Brigham's Center for Engineered Therapeutics a hlavný výskumník Laboratória pre vývoj pokročilých biomateriálov a biotechnológií. "Okrem toho, že nie sú špecifické pre kostné tkanivo, objavila sa aj rezistencia voči týmto antibiotikám. Musíme vyvinúť novú generáciu antibiotík optimalizovaných na uspokojenie tejto vznikajúcej potreby."

Tento rastúci boj proti rezistencii na antibiotiká sa spojil s podobne rastúcim starnutím populácie, ktorá si teraz vyžaduje viac ortopedických postupov ako kedykoľvek predtým. Bežné postupy, ako sú náhrady kolena a bedrového kĺbu, môžu viesť k bakteriálnym infekciám, ako je stafylokok, ktoré sa v súčasnosti liečia systémovými antibiotikami. Systémová expozícia antibiotikám nie je presne zameraná na infekciu; Preto sú potrebné enormné dávky, čo vedie k nezamýšľaným následkom rezistencie voči liekom a deštrukcii prospešnej mikroflóry. Na vyriešenie tohto rastúceho problému výskumníci z Brigham's Department of Medicine a Department of Ortopedic Surgery pracovali na vývoji lokálne dodávanej a účinnej kombinácie antibiotík a kostného cementu.

Na konštrukciu nového antibiotika na špecifické lokálne podávanie prostredníctvom matrice kostného cementu sa použil polymetylmetakrylátový (PMMA) kostný cement -; uznávaný zlatý štandard FDA. Tím vybral molekuly na návrh antibiotík a skrínoval baktérie citlivé na lieky a rezistentné na lieky v predklinickom modeli. Nakoniec tím porovnal klinicky používaný kostný cement PMMA a nový kostný cement PMMA naplnený antibiotikami pomocou profylaktického a zavedeného modelu poranenia holennej kosti infikovaného stafylokokom.

E-kniha Objavovanie drog

Kompilácia top rozhovorov, článkov a noviniek za posledný rok. Stiahnite si kópiu ešte dnes

Výskumníci identifikovali dvojúčinné antibiotikum VCD-077 a skúmali jeho aktivitu a účinnosť v bunkách a na zvieracích modeloch. VCD-077 nielenže preukázal požadovanú kinetiku uvoľňovania liečiva bez ohrozenia stability PMMA kostného cementu, ale preukázal aj vysokú účinnosť proti širokému spektru bakteriálnych kmeňov odolných voči liečivám a spomalil vývoj budúcej rezistencie. V skutočnosti kostný cement PMMA naplnený VCD-077 preukázal vyššiu účinnosť ako všetky v súčasnosti používané kostné cementy naplnené antibiotikami proti stafylokokovým infekciám kostí na modeli potkanov.

Pred klinickým použitím sa tím musí zaoberať dvoma hlavnými obmedzeniami: potenciálne rozdiely medzi študovaným modelom potkanov a ľuďmi a potrebné štúdie toxicity. Výskumníci však poznamenávajú, že budúcnosť je jasná pre tkanivovo špecifické, lokalizované liečby, ako je minimálne invazívna injekcia kostného cementu s prídavkom antibiotika. Zameranie sa na tkanivovú špecifickosť od vývojového štádia a interakciu liek-zariadenie môže pomôcť pri vývoji liečby, ktorá funguje presne bez zachovania rezistencie voči liekom. Okrem toho bolo veľkým úspechom nové využitie výpočtovej techniky tímu na nájdenie molekúl a optimalizáciu dizajnu antibiotík, čo naznačuje potenciál počítačového programovania a technológie AI na zefektívnenie vývoja liekov.

Budúcnosť spočíva v spojení umelej inteligencie a objavovania liekov, aby bol vývoj nových antibiotík efektívnejší a nákladovo efektívnejší než kedykoľvek predtým. Interdisciplinarita v našom prístupe a špecifickosť nášho vývoja liekov skutočne vytvoria novú paradigmu medicínskej technológie.“

Shiladitya Sengupta, PhD, spolukorešpondentka, spoluriaditeľka Brigham's Center for Engineered Therapeutics

Jang povedal: "Liečba sa môže stať komplikovanejšou a baktérie môžu byť sofistikovanejšie, ale my biomedicínski inžinieri sa tiež stávame sofistikovanejšími."

Zdroj:

Brigham a ženská nemocnica

Referencia:

Ghosh, S., a kol. (2022) Účinný implantát kostného cementu naplnený antibiotikami proti stafylokokovým infekciám kostí. Prírodné biomedicínske inžinierstvo. doi.org/10.1038/s41551-022-00950-x.

.