骨水泥（Bone cement）是一種骨質填充劑，成分是聚甲基丙烯酸甲酯（Polymethyl methacrylate, PMMA），自 1960 年代開始主要被使用於髖、膝、肩和肘等關節的等人工關節置換手術，以及治療「脊椎壓迫性骨折」，如今骨水泥是一種廣泛使用的植入物固定方法。
然而，人工關節感染，是臨床上少見卻是相當棘手的問題，以美國為例，在美國人工關節感染率約為 1% ，而因感染導致人工關節失敗需再手術的比例，在髖關節為 14.8% ，在膝關節甚至高達 25.2% ，足見感染造成的重大影響。為避免關節置換術後傷口感染，部份醫師會在手術時將抗生素加入骨水泥內，以期降低術後深部感染率。
但過去因抗生素濫用，進而造成細菌耐藥性。在＜Lancet＞迄今為止規模最大的一項研究顯示， 2019 年全球有超過 120 萬人死於抗生素耐藥性的細菌感染。 這一數字超過了全球每年死於瘧疾或愛滋的人數。除了直接導致 120 萬人死亡外，研究人員還指出 2019 年有多達 500 萬人的死亡與抗微生物藥物耐藥性（一般也稱抗生素耐藥性，antimicrobial resistance ，簡稱 AMR ）有關。
新藥物輸送系統可將有效抗生素準確傳送至患部
日前，波士頓的布萊根婦女醫院（Brigham and Women’s Hospital）的研究團隊開發了一種專門的藥物裝置輸送系統，將有效的抗生素，用於骨水泥基質中的標靶使用。這種新抗生素在大鼠模型中顯示出對抗葡萄球菌的有效結果，此方法可用於治療骨感染和減少細菌耐藥性的發展。這項研究成果發表於＜Nature Biomedical Engineering＞。
研究團隊表示：「理想情況下，新抗生素應該表現出對耐藥細菌的活性，延緩細菌對它們產生耐藥性的發展，並在感染部位進行局部給藥。因此，我們通過分子對接模擬找到了一個包含 17 種候選抗生素的合理設計，以對抗野生型和突變細菌標靶的骨感染。」 布萊根工程治療中心聯合主任、先進生物材料和生物技術開發實驗室首席研究員 Hae Lin Jang 博士說：「目前， FDA 只批准了載有抗生素的骨水泥，但這些抗生素並不是專門為骨組織開發的。因此我們必須創造新一代的抗生素來優化以滿足這一新興需求。」
來自 Brigham 醫學系和骨科外科的研究人員合作創造了可局部遞送的、有效的抗生素和骨水泥組合。該團隊將用於抗生素設計的分子列入候選名單，並在臨床前模型中篩選藥物敏感和耐藥細菌。該團隊使用預防性和已建立的葡萄球菌（Staphylococcus）感染脛骨損傷模型，比較了臨床使用的 PMMA 骨水泥和新的抗生素負載 PMMA 骨水泥。
雙效抗生素不影響原骨水泥穩定並可減緩未來耐藥性發展
研究人員確定了雙效抗生素（dual-action antibiotic）VCD-077 在細胞和動物模型中的活性和功效。 VCD-077 在不影響骨水泥穩定性的情況下，表現出所需的藥物釋放動力學，並且還表現出對廣泛的耐藥細菌鏈的高效作用，可減緩未來耐藥性的發展。
「與目前使用的抗生素骨水泥相比，負載抗生素（antibiotic-loaded）的骨水泥對大鼠葡萄球菌性骨感染表現出更大的功效。有效和局部遞送的塗有抗生素（antibiotic-eluting）聚合物可能有助於解決抗菌素耐藥性問題。」研究人員做出了這樣的結論。
該團隊同時表示，他們應用資訊工程來尋找分子和優化抗生素的設計也很成功，但應用於臨床前仍須進一步研究。未來，將人工智慧與結合藥物開發，使開發新抗生素比過去更有效且更具成本效益。
參考資料：
1. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/36229662/
2. https://www.thelancet.com/journals/lancet/article/PIIS0140-6736(21)02724-0/fulltext
©www.geneonline.news. All rights reserved. 基因線上版權所有 未經授權不得轉載。合作請聯繫：service@geneonlineasia.com
