Un nuevo estudio realizado por investigadores del Brigham and Women's Hospital, miembro fundador del sistema sanitario norteamericano Mass General Brigham, aborda el problema creciente en el desarrollo de antibióticos por las resistencias mediante un enfoque novedoso e interdisciplinario para construir una sólida biblioteca de antibióticos generada por un programa informático e identificar un antibiótico eficaz para su uso específico en una matriz de cemento óseo.
Este método podría utilizarse para tratar las infecciones óseas, una complicación habitual tras las intervenciones quirúrgicas ortopédicas, según publican los investigadores en la revista 'Nature Biomedical Engineering'.
Cada año mueren 700.000 personas debido a la resistencia a los antibióticos. Desgraciadamente, el aumento de la población mundial genera una resistencia cada vez mayor a los tratamientos antibióticos establecidos, una amenaza que se ha encontrado con una financiación insuficiente y una inspiración cada vez menor, ya que los incentivos comerciales para desarrollar nuevos antibióticos han disminuido.
"En la actualidad, la Administración de Alimentos y Medicamentos (FDA) solo ha aprobado cementos óseos cargados con antibióticos que no han sido desarrollados originalmente para el tejido óseo -explica Hae Lin Jang, doctor y codirector del Centro de Terapéutica de Ingeniería del Brigham e investigador principal del Laboratorio de Desarrollo de Biomateriales y Biotecnologías Avanzadas-. Además de no ser específicos del tejido óseo, han surgido resistencias contra estos antibióticos. Debemos crear una nueva generación de antibióticos optimizados para satisfacer esta necesidad emergente".
Esta creciente lucha contra la resistencia a los antibióticos se ha fusionado con un envejecimiento igualmente creciente de la población, que ahora requiere más procedimientos ortopédicos que nunca. Procedimientos comunes como las prótesis de rodilla y cadera pueden dar lugar a infecciones bacterianas, como las estafilocócicas, que actualmente se tratan con antibióticos sistémicos.
Se necesitan enormes dosis
La exposición sistémica a los antibióticos no se dirige con precisión a la infección, por lo que se necesitan enormes dosis, lo que tiene como consecuencia involuntaria la resistencia a los medicamentos y la destrucción de la microbiota beneficiosa. Para remediar este problema cada vez más grave, los investigadores que colaboran con el Departamento de Medicina del Brigham y el Departamento de Cirugía Ortopédica se propusieron crear una combinación potente y de administración local de antibióticos y cemento óseo.
Para diseñar un nuevo antibiótico de administración local específica a través de una matriz de cemento óseo, se utilizó cemento óseo de polimetilmetacrilato (PMMA), el estándar de oro aceptado por la FDA. El equipo preseleccionó las moléculas para el diseño del antibiótico y realizó un cribado de las bacterias susceptibles y resistentes al fármaco en un modelo preclínico.
Por último, el equipo comparó el cemento óseo de PMMA utilizado clínicamente y el nuevo cemento óseo de PMMA cargado de antibióticos utilizando un modelo de lesión tibial profiláctica y otro establecido con infección estafilocócica.
Los investigadores identificaron el antibiótico de doble acción VCD-077, estudiando su actividad y eficacia en células y en modelos animales. El VCD-077 no solo mostró la cinética deseada de liberación del fármaco sin afectar a la estabilidad del cemento óseo de PMMA, sino que también demostró una gran eficacia contra una amplia gama de cadenas de bacterias resistentes a los fármacos y frenó el desarrollo de futuras resistencias.
Una mayor eficacia
De hecho, el cemento óseo de PMMA cargado con VCD-077 mostró una mayor eficacia que todos los cementos óseos cargados con antibióticos utilizados actualmente contra las infecciones óseas por estafilococos en un modelo de rata.
Antes de la aplicación clínica, el equipo debe afrontar dos grandes limitaciones: las posibles diferencias entre el modelo de rata estudiado y los seres humanos, y los necesarios estudios de toxicidad. Sin embargo, los investigadores señalan que el futuro es brillante para el tratamiento localizado y específico de los tejidos, como una inyección mínimamente invasiva de cemento óseo infundido con antibióticos.
Centrarse en la especificidad de los tejidos desde la fase de desarrollo y en la interacción entre el fármaco y el dispositivo puede ayudar a diseñar tratamientos que funcionen con precisión sin perpetuar la resistencia a los medicamentos.
Además, la novedosa aplicación de la ingeniería informática por parte del equipo para encontrar moléculas y optimizar el diseño de los antibióticos fue un gran éxito, lo que sugiere el potencial de la programación informática y la tecnología de IA para agilizar el desarrollo de fármacos.
"El futuro está en mezclar la inteligencia artificial y el descubrimiento de fármacos para que el desarrollo de nuevos antibióticos sea más eficiente y rentable que nunca -afirma la coautora Shiladitya Sengupta, doctora y codirectora del Centro de Terapéutica de Ingeniería del Brigham-. La interdisciplinariedad en nuestro enfoque y la especificidad en el desarrollo de nuestros fármacos darán lugar realmente a un nuevo paradigma de ingeniería médica".
Según Jang, "puede que el tratamiento sea cada vez más complicado y las bacterias más sofisticadas, pero nosotros, los ingenieros biomédicos, también lo somos".