Ежегодно 700 000 человек умирают от устойчивости к антибиотикам. К сожалению, растущее мировое население порождает растущую устойчивость к установленным методам лечения антибиотиками — угрозе, которая была преодолена при недостаточном финансировании и иссякающем вдохновении, поскольку коммерческие стимулы для разработки новых антибиотиков резко упали. Новое исследование, проведенное исследователями из Brigham and Women’s Hospital, члена-основателя Mass General Brigham Health System, направлено на решение этой растущей проблемы в разработке антибиотиков с использованием нового междисциплинарного подхода для создания надежной библиотеки антибиотиков, созданной с помощью компьютерной программы, и выявления эффективный антибиотик для целенаправленного применения в матрице костного цемента. Этот подход потенциально может быть использован для лечения инфекций костей, частого осложнения после ортопедических операций. Их результаты опубликованы в Природная биомедицинская инженерия.
«В настоящее время Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов (FDA) одобрило только костные цементы, содержащие антибиотики, которые изначально не были разработаны для костной ткани», — сказал Хэ Линь Джанг, доктор философии, содиректор Центра инженерной терапии Бригама и главный исследователь лаборатории. . для разработки передовых биоматериалов и биотехнологий. «В дополнение к тому, что они не специфичны для костной ткани, к этим антибиотикам возникла резистентность. Нам необходимо создать новое поколение антибиотиков, оптимизированных для удовлетворения этой растущей потребности. »
Эта растущая борьба с устойчивостью к антибиотикам объединилась с таким же растущим старением населения, которому теперь требуется больше ортопедических процедур, чем когда-либо прежде. Обычные процедуры, такие как замена коленного и тазобедренного суставов, могут привести к бактериальной инфекции. стафилококковый, который в настоящее время лечится системными антибиотиками. Системное воздействие антибиотиков не нацелено конкретно на инфекцию; поэтому требуются огромные дозы, приводящие к непредвиденным последствиям лекарственной устойчивости и уничтожению полезной микробиоты. Чтобы решить эту растущую проблему, сотрудничающие исследователи из Отделения медицины Бригама и Отделения ортопедической хирургии стремились создать сильнодействующую местно доставляемую комбинацию антибиотика и костного цемента.
Для разработки нового антибиотика для специфической местной доставки через матрицу костного цемента был использован полиметилметакрилатный (ПММА) костный цемент — золотой стандарт, принятый FDA. Команда предварительно проверила молекулы на предмет дизайна антибиотиков и проверила чувствительные к лекарствам и устойчивые к лекарствам бактерии в доклинической модели. Наконец, команда сравнила клинически используемый костный цемент ПММА и новый нагруженный антибиотиками костный цемент ПММА, используя профилактическое лечение и установленное лечение. стафилококковый– модель инфицированного поражения большеберцовой кости.
Исследователи идентифицировали антибиотик двойного действия VCD-077, изучая его активность и эффективность в клетках и на животных моделях. VCD-077 не только продемонстрировал желаемую кинетику высвобождения лекарственного средства, не влияя на стабильность костного цемента из ПММА, но также продемонстрировал высокую эффективность против широкого спектра устойчивых к лекарственным средствам бактериальных нитей и замедлил развитие устойчивости в будущем. Фактически, костный цемент из полиметилметакрилата, содержащий VCD-077, продемонстрировал более высокую эффективность, чем любой другой костный цемент, содержащий антибиотики, который в настоящее время используется против стафилококковый костные инфекции на крысиной модели.
Перед клиническим применением команда должна иметь дело с двумя основными ограничениями: потенциальными различиями между изучаемой моделью крысы и людьми и необходимыми исследованиями токсичности. Но исследователи отмечают, что у тканеспецифического локального лечения, такого как минимально инвазивная инъекция костного цемента, наполненного антибиотиками, большое будущее. Сосредоточение внимания на тканевой специфичности на ранних стадиях развития и взаимодействии между лекарственным средством и устройством может помочь в разработке методов лечения, которые точно работают, не сохраняя лекарственную устойчивость. Кроме того, новое применение компьютерной инженерии командой для поиска молекул и оптимизации конструкции антибиотиков имело огромный успех, предполагая потенциал компьютерного программирования и технологии искусственного интеллекта для оптимизации разработки лекарств.
«Будущее заключается в объединении искусственного интеллекта и открытия лекарств, чтобы сделать разработку новых антибиотиков более эффективной и рентабельной, чем когда-либо прежде», — сказал соавтор Шиладитья Сенгупта, доктор философии, содиректор Центра инженерной терапии Бригама. «Междисциплинарность нашего подхода и специфика разработки наших лекарств действительно приведут к новой парадигме в медицинской инженерии. »
Джанг говорит: «Лечение может стать более сложным, а бактерии могут стать более изощренными, но мы, биомедицинские инженеры, также становимся все более изощренными. »
Источник истории:
Материалы предоставлено Бригам и женская больница. Примечание. Содержимое может быть изменено по стилю и длине.
:quality(70):focal(702x412:712x422)/cloudfront-us-east-1.images.arcpublishing.com/metroworldnews/GUHXBETFPRD53HQ7L747BGJUIE.jpg?resize=150%2C150&ssl=1)
