新型抗生素骨水泥治疗骨感染
每年有70万人死于抗生素耐药性。不幸的是，不断增长的全球人口导致了对现有抗生素治疗方法的日益增长的耐药性——由于开发新抗生素的商业动机下降，这一威胁受到了资金不足和灵感减少的威胁。
来自布里格姆妇女医院的研究人员进行了一项新的研究，该医院是马萨诸塞州布里格姆总医院医疗保健系统的创始成员之一，他们使用一种新型抗生素，跨学科的方法建立一个健壮的、计算机程序生成的抗生素库，并确定一种有效的抗生素，用于骨水泥基质的靶向使用。这种方法可能被用于治疗骨感染，骨感染是骨科手术后常见的并发症。他们的研究结果发表在自然生物医学工程．
“目前，美国食品和药物管理局(FDA)只批准了含有最初开发的抗生素的骨水泥骨组织布里格姆工程治疗中心的联合主任、先进生物材料和生物技术开发实验室的首席研究员Hae Lin Jang博士说。“除了不是骨组织特异性的，对这些抗生素的耐药性也出现了。我们必须创造新一代的抗生素，以满足这种新出现的需求。”
这种不断加剧的与抗生素耐药性与日益增长的人口老龄化融合在一起，现在需要比以往更多的整形手术。常见的手术如膝关节和髋关节置换会导致细菌感染，例如葡萄球菌，目前用全身抗生素治疗。
全身接触抗生素并不能精确地瞄准感染;因此，需要大剂量，导致耐药性和有益菌群破坏的意外后果。为了解决这一日益严重的问题，来自布里格姆医学院和骨科外科的研究人员合作，旨在创造一种本地输送的、有效的抗生素和骨水泥的组合。
为了设计一种新的抗生素，通过骨水泥基质进行特定的局部投递，使用了聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)骨水泥——FDA公认的金标准。该团队为抗生素设计筛选了分子，并筛选了对药物敏感的和耐药细菌在临床前模型中。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骨水泥和新型抗生素装载的PMMA骨水泥。
研究人员通过研究其在细胞和动物模型中的活性和功效，确定了双作用抗生素VCD-077。VCD-077不仅在不影响PMMA骨水泥稳定性的情况下表现出了预期的药物释放动力学，而且对广泛的耐药细菌链显示出了高效的疗效，并减缓了未来耐药的发展。事实上，装载vcd -077的PMMA骨水泥比目前使用的所有装载抗生素的骨水泥对葡萄球菌表现出更大的疗效骨感染在大鼠模型中。
之前临床应用在美国，该团队必须面对两大限制: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。但是，研究人员指出，组织特异性、局部治疗的前景是光明的，比如微创注射抗生素灌注骨水泥。从开发阶段开始关注组织特异性以及药物和器械之间的相互作用，可以帮助设计精确发挥作用的治疗方法，而不会使耐药性持续存在。此外，该团队利用计算机工程寻找分子和优化抗生素设计的新应用取得了巨大成功，表明计算机编程和人工智能技术有潜力简化药物开发。
“未来在于混合人工智能和药物的发现使发展新的抗生素比以往任何时候都更有效和划算，”共同通信作者Shiladitya Sengupta博士说，他是布里格姆工程疗法中心的联合主任。“我们方法的跨学科性和药物开发的特异性将真正带来一种新的医学工程范式。”
张说:“治疗可能变得越来越复杂，细菌可能变得越来越复杂，但我们生物医学工程师也变得越来越复杂。”
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