새로운 항생제는 쥐 모델에서 포도상구균에 대해 사용된 유망한 결과를 보여주었다. 그들의 접근 방식은 잠재적으로 뼈 감염을 치료하고 박테리아 내성 발달을 줄이는 데 사용될 수 있다.

그들의 발견은 네이처 바이오메디컬 엔지니어링(Nature Biomedical Engineering)에 "포도상 구균 뼈 감염에 대항하는 강력한 항생제가 장착된 뼈 시멘트 임플란트"라는 제목의 기사로 발표되었다.

"새로운 항생제는 이상적으로는 약물 내성 박테리아에 대한 활성을 나타내고 박테리아에 대한 박테리아 내성 발달을 지연시키고 원하는 감염 부위에 국소 전달에 적합해야 한다."고 연구자들은 썼다. "여기서 우리는 분자 도킹 시뮬레이션을 통해 야생형 및 돌연변이 박테리아 표적에 의한 뼈 감염에 대한 17가지 후보 항생제 라이브러리의 합리적인 설계를 보고한다."

"현재 FDA는 원래 뼈 조직용으로 개발되지 않은 항생제가 함유된 뼈 시멘트만 승인했다."라고 브리검(Brigham)의 공학적 치료 센터의 공동 소장이자 첨단 생체재료 및 생명공학 개발 연구소의 수석 연구원인 Hae Lin Jang 박사는 설명했다.

“뼈 조직에 특이적이지 않은 것 외에도 이러한 항생제에 대한 내성이 나타났다. 우리는 이러한 새로운 요구를 충족시키기 위해 최적화된 새로운 세대의 항생제를 만들어야 한다.”

브리검(Brigham)의 의학부와 정형외과 외과의 연구원들은 항생제와 뼈 시멘트의 국소 전달 및 강력한 조합을 만들기 위해 협력했다. 뼈 시멘트 매트릭스를 통한 특정 국소 전달을 위한 새로운 항생제를 조작하기 위해 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA) 뼈 시멘트가 사용되었다.

팀은 항생제 설계를 위한 분자를 선정하고 전임상 모델에서 약물에 민감한 박테리아와 약물 내성 박테리아를 스크리닝했다. 팀은 예방 및 확립된 포도상구균 감염 경골 손상 모델을 사용하여 임상적으로 사용된 PMMA 뼈 시멘트와 새로운 항생제가 함유된 PMMA 뼈 시멘트를 비교했다.

연구원들은 이중 작용 항생제 VCD-077을 정확히 찾아내어 세포와 동물 모델에서 그 활성과 효능을 연구했다. VCD-077은 PMMA 골 시멘트의 안정성에 영향을 미치지 않으면서 원하는 약물 방출 동역학을 나타냈으며, 또한 광범위한 약물 내성 박테리아 가닥에 대해 높은 효능을 보여주었으며 미래 내성 발달을 늦추었다.

임상 적용 전에 추가 연구가 필요한다. 팀은 분자를 찾고 항생제 디자인을 최적화하기 위한 컴퓨터 공학의 응용 프로그램도 성공적이었다고 보고한다.

"미래는 인공지능과 신약 개발을 결합하여 새로운 항생제를 그 어느 때보다 더 효율적이고 비용 효율적으로 개발하는 데 달려 있다."라고 공동 교신저자인 Shiladitya Sengupta 박사가 덧붙였다. "우리의 접근 방식의 학제간 및 약물 개발의 특이성은 새로운 의료 공학 패러다임을 진정으로 가져올 것이다."

“항생물질이 함유된 골시멘트는 쥐의 포도상구균 뼈 감염에 대해 현재 사용되는 항생제가 함유된 골시멘트보다 더 큰 효능을 나타냈다. 강력하고 국소적으로 전달되는 항생제 용출 폴리머는 항균제 내성을 해결하는 데 도움이 될 수 있다.”고 연구원들은 결론지었다.

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