Starkt bencement laddat med antibiotika kan användas för att behandla beninfektioner

Starkt bencement laddat med antibiotika kan användas för att behandla beninfektioner

Varje år dör 700 000 människor av antibiotikaresistens. Tyvärr skapar en växande global befolkning ökande resistens mot etablerade antibiotikabehandlingar -; Ett hot som har mötts med otillräcklig finansiering och minskande inspiration i takt med att kommersiella incitament att utveckla nya antibiotika har minskat. En ny studie av forskare vid Brigham and Women's Hospital, en av grundarna av Mass General Brigham Health System, tar upp detta växande problem inom antibiotikautveckling med ett nytt, tvärvetenskapligt tillvägagångssätt för att bygga ett robust, datorgenererat bibliotek av antibiotika och identifiera ett effektivt antibiotikum för riktad användning i en bencementmatris. Detta tillvägagångssätt kan potentiellt användas för att behandla beninfektioner, en vanlig komplikation efter ortopedisk kirurgi. Deras resultat publicerades i Nature Biomedical Engineering.

"För närvarande har Food and Drug Administration (FDA) bara godkänt bencement laddade med antibiotika som inte ursprungligen var designade för benvävnad", säger Hae Lin Jang, PhD, meddirektör för Brigham's Center for Engineered Therapeutics och huvudutredare av Laboratory for the Development of Advanced Biomaterials and Biotechnologies. "Förutom att vara icke-benvävnadsspecifik, har resistens mot dessa antibiotika uppstått. Vi måste utveckla en ny generation antibiotika optimerade för att möta detta framväxande behov."

Denna ökande kamp mot antibiotikaresistens har smält samman med en på liknande sätt ökande åldrande befolkning, som nu kräver fler ortopediska ingrepp än någonsin tidigare. Vanliga ingrepp som knä- och höftproteser kan leda till bakteriella infektioner som staph, som för närvarande behandlas med systemiska antibiotika. Systemisk exponering för antibiotika riktar sig inte exakt mot infektionen; Därför krävs enorma doser, vilket leder till oavsiktliga konsekvenser av läkemedelsresistens och förstörelse av nyttig mikrobiota. För att ta itu med detta växande problem arbetade forskare vid Brighams avdelning för medicin och avdelningen för ortopedisk kirurgi för att utveckla en lokalt levererad och effektiv kombination av antibiotika och bencement.

För att konstruera ett nytt antibiotikum för specifik lokal leverans via en bencementmatris användes polymetylmetakrylat (PMMA) bencement -; den erkända FDA guldstandarden. Teamet nominerade molekyler för antibiotikadesign och screenade för läkemedelskänsliga och läkemedelsresistenta bakterier i en preklinisk modell. Slutligen jämförde teamet kliniskt använt PMMA-bencement och det nya antibiotikabelastade PMMA-bencementet med hjälp av en profylaktisk och en etablerad stafylokockinfekterad tibialskadamodell.

Drug Discovery E-bok

Sammanställning av de bästa intervjuerna, artiklarna och nyheterna från det senaste året. Ladda ner en kopia idag

Forskare identifierade det dubbelverkande antibiotikumet VCD-077 och undersökte dess aktivitet och effektivitet i celler och i djurmodeller. VCD-077 visade inte bara den önskade läkemedelsfrisättningskinetiken utan att kompromissa med stabiliteten hos PMMA-bencementet, utan visade också hög effektivitet mot ett brett spektrum av läkemedelsresistenta bakteriestammar och bromsade utvecklingen av framtida resistens. Faktum är att VCD-077-laddat PMMA-bencement visade större effektivitet än alla för närvarande använda antibiotika-laddade bencement mot stafylokockbeninfektioner i en råttmodell.

Före klinisk användning måste teamet ta itu med två stora begränsningar: potentiella skillnader mellan den studerade råttmodellen och människor och nödvändiga toxicitetsstudier. Men forskare noterar att framtiden är ljus för vävnadsspecifika, lokaliserade behandlingar som en minimalt invasiv injektion av antibiotikaspetsad bencement. Att fokusera på vävnadsspecificitet från utvecklingsstadiet och interaktion mellan läkemedel och anordning kan hjälpa till att utveckla behandlingar som fungerar exakt utan att bibehålla läkemedelsresistens. Dessutom var lagets nya användning av datorer för att hitta molekyler och optimera antibiotikadesign en stor framgång, vilket tyder på potentialen för datorprogrammering och AI-teknik för att effektivisera läkemedelsutveckling.

Framtiden ligger i att kombinera artificiell intelligens och läkemedelsupptäckt för att göra utvecklingen av nya antibiotika mer effektiv och kostnadseffektiv än någonsin tidigare. Tvärvetenskap i vår strategi och specificitet i vår läkemedelsutveckling kommer verkligen att skapa ett nytt medicintekniskt paradigm.”

Shiladitya Sengupta, PhD, medförfattare, meddirektör för Brighams Center for Engineered Therapeutics

Jang sa: "Behandlingen kan bli mer komplicerad och bakterierna kan bli mer sofistikerade, men vi biomedicinska ingenjörer blir också mer sofistikerade."

Källa:

Brigham and Women's Hospital

Hänvisning:

Ghosh, S., et al. (2022) Ett effektivt antibiotikumladdat bencementimplantat mot stafylokockbeninfektioner. Nature Biomedicinsk teknik. doi.org/10.1038/s41551-022-00950-x.

.