"سیمان آنتی بیوتیکی" برای جلوگیری از عفونت استخوان ابداع شد

به گزارش گروه دانش و فناوری خبرگزاری آنا به نقل از تی ان، سالانه ۷۰۰ هزار نفر به دلیل مقاومت آنتی بیوتیکی جان خود را از دست می‌دهند. متأسفانه جمعیت رو به رشد جهانی، مقاومت فزاینده‌ای در برابر درمان‌های آنتی‌بیوتیکی ایجاد می‌کند و این تهدیدی است که با بودجه ناکافی مواجه شده است، زیرا انگیزه‌های تجاری برای توسعه آنتی‌بیوتیک‌های جدید کاهش یافته است.

یک مطالعه جدید که توسط محققان بیمارستان زنان بریگام انجام شده، به این مشکل رو به رشد در توسعه آنتی بیوتیک‌ها با استفاده از یک رویکرد جدید پرداخته است و روش آن‌ها ساختن یک پلتفرم قوی و برنامه کامپیوتری از آنتی بیوتیک‌ها و شناسایی یک آنتی بیوتیک موثر برای استفاده هدفمند در ماتریکس "سیمان استخوانی" است.

سیمان استخوانی (bone cement) ترکیبی شیمیایی است که در بدن انسان به منظور اتصال استخوان‌ها یا مفصل‌های مصنوعی به یکدیگر استفاده می‌شود. این ترکیبات که عموما از جنس سرامیک‌ها و پلیمر‌ها می‌باشند به صورت فراوان در عمل‌های ارتوپدی و استئوتومی (Osteotomy) کاربرد دارند. این رویکرد به طور بالقوه می‌تواند برای درمان عفونت‌های استخوانی (یک عارضه رایج پس از اعمال جراحی ارتوپدی) استفاده شود. در این گونه عمل‌ها مفصل یا استخوان معیوب را برداشته و با اندام جدید جایگزین می‌کنند، حین جایگزین کردن استخوان یا مفصل در آن حفره‌هایی ایجاد می‌کنند که سیمان را درون آن می‌ریزند و این سیمان بعد از مدتی مانند چسب سفت شده و باعث جوش خوردن کامل استخوان‌ها به هم می‌شود.

دکتر "هائه لین جانگ" (Hae Lin Jang) مدیر مرکز درمانی مهندسی بیمارستان زنان بریگام و محقق اصلی این مطالعه گفت: در حال حاضر، سازمان غذا و دارو (FDA) فقط سیمان‌های استخوانی مملو از آنتی‌بیوتیک‌هایی را تأیید کرده است که در اصل برای بافت استخوان ساخته نشده‌اند. علاوه بر اینکه این مواد مختص بافت استخوانی نیست، مقاومتی در برابر این آنتی‌بیوتیک‌ها پدیدار شده است و ما باید نسل جدیدی از آنتی بیوتیک‌ها را ایجاد کنیم که برای رفع این نیاز نوظهور بهینه شده باشند.

روش‌های متداول مانند تعویض زانو و مفصل ران می‌تواند منجر به عفونت باکتریایی مانند استافیلوکوک شود که در حال حاضر با آنتی بیوتیک‌های سیستمیک (systemic antibiotics) درمان می‌شود. قرار گرفتن سیستمیک در معرض آنتی بیوتیک‌ها دقیقا عفونت را مورد هدف قرار نمی‌دهد بنابراین، دوز‌های زیادی مورد نیاز است که منجر به عواقب ناخواسته مقاومت دارویی و تخریب میکروبیوتای مفید می‌شود. برای رفع این مشکل رو به رشد، محققان این مطالعه ترکیبی قوی از آنتی بیوتیک و سیمان استخوانی تولید کردند.

در این مطالعه برای مهندسی یک آنتی بیوتیک جدید برای تحویل مقدار خاص دارو از طریق ماتریکس سیمان استخوان، از سیمان استخوانی پلی متیل متاکریلات (PMMA) استفاده شد. این گروه از محققان مولکول‌ها را برای طراحی آنتی‌بیوتیک در فهرست نهایی قرار دادند و در یک مدل بالینی، باکتری‌های حساس و مقاوم به دارو را بررسی کردند.

پلی (متیل متاکریلات) Poly (methyl methacrylate) یک ترکیب شیمیایی است که به عنوان پلیمر واسط در طرح نگار الکترونی به کار می‌رود. این ماده یکی از سخت‌ترین و محکم‌ترین پلیمر‌ها با شفافیتی بالاتر از شیشه و سطحی صیقلی و براق و مقاوم در برابر عوامل جوی است.

محققان آنتی‌بیوتیک دوعملی VCD-۰۷۷ را مشخص کردند و فعالیت و کارایی آن را در سلول‌ها و مدل‌های حیوانی مطالعه کردند. VCD-۰۷۷ نه تنها سینتیک آزادسازی داروی مورد نظر را بدون تاثیر بر پایداری سیمان استخوانی پلی متیل متاکریلات نشان داد، بلکه کارایی بالایی را در برابر طیف وسیعی از رشته‌های باکتری مقاوم به دارو نشان داد و رشد مقاومت در آینده را کند کرد. در واقع، سیمان استخوانی پلی متیل متاکریلات با VCD-۰۷۷ کارایی بیشتری نسبت به همه سیمان‌های استخوانی حاوی آنتی‌بیوتیک در حال حاضر در برابر عفونت‌های استخوانی استافیلوکوک در مدل موش داد.

"شیلادیتیا سنگوپتا" (Shiladitya Sengupta) نویسنده دیگر این مطالعه گفت: ترکیب هوش مصنوعی و کشف دارو برای ایجاد آنتی‌بیوتیک‌های جدید راهی آینده نگرانه و کارآمدتر و مقرون‌به‌صرفه‌تر است. درمان ممکن است پیچیده‌تر شود و باکتری‌ها پیچیده‌تر شوند، اما ما مهندسان زیست‌پزشکی نیز پیچیده‌تر می‌شویم.

نتایج این مطالعه در مجله Nature Biomedical Engineering منتشر شده است.