载有抗生素的强力骨水泥可用于治疗骨感染

载有抗生素的强力骨水泥可用于治疗骨感染

每年有 70 万人死于抗生素耐药性。 不幸的是，全球人口的增长正在对现有的抗生素治疗产生越来越大的耐药性； 随着开发新抗生素的商业动机减弱，资金不足和灵感减少，这一威胁已得到解决。 麻省总医院布莱根妇女医院（麻省总医院布莱根卫生系统的创始成员）的研究人员进行的一项新研究，通过一种新颖的跨学科方法来解决抗生素开发中日益严重的问题，建立一个强大的、计算机生成的抗生素库，并确定一种有效的抗生素，用于骨水泥基质的靶向使用。 这种方法有可能用于治疗骨感染，骨感染是骨科手术后的常见并发症。 他们的研究结果发表在《自然生物医学工程》上。

布里格姆工程治疗中心联席主任兼先进生物材料和生物技术开发实验室首席研究员 Hae Lin Jang 博士表示：“目前，美国食品和药物管理局 (FDA) 只批准了含有最初并非为骨组织设计的抗生素的骨水泥。” “除了非骨组织特异性之外，还出现了对这些抗生素的耐药性。我们需要开发优化的新一代抗生素来满足这一新兴需求。”

与抗生素耐药性的日益激烈的斗争与同样日益增长的人口老龄化相结合，现在需要比以往更多的骨科手术。 膝关节和髋关节置换术等常见手术可能会导致葡萄球菌等细菌感染，目前采用全身抗生素治疗。 全身接触抗生素并不能精确地针对感染； 因此，需要巨大的剂量，导致耐药性和有益微生物群破坏的意外后果。 为了解决这个日益严重的问题，布里格姆医学系和骨科外科的研究人员致力于开发一种局部给药的有效抗生素和骨水泥组合。

为了构建一种通过骨水泥基质进行特定局部递送的新型抗生素，使用了聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）骨水泥； 公认的 FDA 黄金标准。 该团队列出了抗生素设计的候选分子，并在临床前模型中筛选了药物敏感和耐药细菌。 最后，研究小组使用预防性和已建立的葡萄球菌感染胫骨损伤模型，比较了临床使用的 PMMA 骨水泥和新型负载抗生素的 PMMA 骨水泥。

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研究人员鉴定出了双重作用抗生素 VCD-077，并检查了其在细胞和动物模型中的活性和有效性。 VCD-077不仅表现出所需的药物释放动力学，且不影响PMMA骨水泥的稳定性，而且对广谱耐药菌株表现出高效能，并减缓未来耐药性的发展。 事实上，在大鼠模型中，加载 VCD-077 的 PMMA 骨水泥比目前使用的所有加载抗生素的骨水泥对葡萄球菌骨感染具有更强的功效。

在临床使用之前，该团队必须解决两个主要限制：所研究的大鼠模型与人类之间的潜在差异以及必要的毒性研究。 但研究人员指出，组织特异性、局部治疗的前景是光明的，例如微创注射含抗生素的骨水泥。 从开发阶段关注组织特异性和药物与器械的相互作用可以帮助开发在不维持耐药性的情况下精确发挥作用的治疗方法。 此外，该团队新颖地利用计算来寻找分子和优化抗生素设计取得了重大成功，这表明计算机编程和人工智能技术在简化药物开发方面具有潜力。

未来在于将人工智能和药物发现相结合，使新抗生素的开发比以往任何时候都更加高效和具有成本效益。 我们方法的跨学科性和药物开发的特异性将真正创造一个新的医疗技术范例。”

Shiladitya Sengupta 博士，共同通讯作者，布里格姆工程治疗中心联合主任

张说：“治疗可能会变得更加复杂，细菌可能会变得更加复杂，但我们生物医学工程师也变得更加复杂。”

来源：

布莱根妇女医院

参考：

戈什，S.，等人。 (2022) 一种有效的抗葡萄球菌骨感染的载有抗生素的骨水泥植入物。 自然生物医学工程。 doi.org/10.1038/s41551-022-00950-x 。

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