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塑料技术论文
抗生素释放聚合物消除假体感染,抗菌肽聚合物破坏细菌

抗生素释放聚合物消除假体感染,抗菌肽聚合物破坏细菌

麻省总医院(MGH)的一个研究小组开发了一种抗生素释放聚合物,可以极大地简化假体关节感染的治疗。他们的报告发表在自然生物医学工程,研究人员描述了用这种材料制成的植入物如何成功地消除动物模型中的两种假体感染。
目前,涉及全关节置换假体的大多数感染需要两阶段手术,患者的日常活动在4-6个月期间受到很大影响。万博平台盘口由于该地区的血液供应有限,给受感染的假关节注射抗生素是一项挑战。标准在美国治疗人工关节感染包括植入物和邻近的移除受感染的组织和放置一个临时垫片由antibiotic-releasing骨水泥,在关节空间内至少六个星期,有时长达六个月。万博平台盘口在此期间,病人的活动可能受到严重限制,这取决于受累的关节。在第二次手术中,使用抗生素释放骨水泥植入新的假体。但患者仍有复发感染的风险,这可能导致永久性关节融合或截肢,死亡率为10-15%。抗生素释放骨水泥有几个局限性。它释放有效抗生素剂量的能力可能是短暂的,持续一周多一点,增加抗生素含量会降低材料的耐久性。此外,一些具有理想性能的抗生素不能加入骨水泥中。在目前的研究中,研究团队——包括主要作者Jeremy Vincentius Suhardi(哈佛/麻省理工学院医学博士)和资深作者Ebru Oral(哈里斯实验室的博士)——设计和开发了一种抗生素释放聚合物,可以整合到植入物本身。
根据数学和统计模型,他们开发的材料含有不规则形状的抗生素簇,使它们能够在不影响材料强度的情况下在长时间内释放有效药物剂量。用这种聚合物制成的植入物在动物模型中测试了通过注射葡萄球菌产生的假体关节感染。将含金黄色葡萄球菌的溶液注入假体或植入覆盖有金黄色葡萄球菌的钛棒。金黄色生物膜,一种特别难处理的细菌涂层。在这两种情况下,抗生素释放聚合物成功地消除了感染,而植入药物释放骨水泥间隔体无效。Muratoglu说:“我们使用了两个独立的感染模型,因为当患者出现假体关节感染症状时,尚不清楚生物膜中可能有多少细菌,以及溶液中有多少细菌自由漂浮。”“我们的设备根除两种模型关节内所有细菌的能力强烈表明,它们将成功对抗两种假体周围感染。”作为哈佛医学院整形外科教授,Muratoglu指出,除了加速病人的康复和减少并发症的机会,取消第二次手术应该会降低总体成本。该团队目前正在与美国食品和药物管理局(Food and Drug Administration)和其他监管机构合作,寻求必要的批准,并将这种材料开发成临床产品。

澳大利亚一组科学家发现了一种蛋白质,这种蛋白质可以将抗生素耐药性的“超级细菌”撕开。包括乔、埃里克·雷诺兹和博士候选人林舒在内的团队发表了一篇论文微生物学性质描述了一种很有前途的替代技术来对抗耐多药细菌。该团队没有设计传统的化学药物治疗,而是开发了他们所谓的结构纳米工程抗菌肽聚合物(SNAPPs)。研究人员受到天然抗菌肽的启发,抗菌肽是在许多有机体的免疫系统中发挥重要作用的小蛋白质。科学家们一丝不苟地设计了聚合物,精确到组成肽的单个组成块——氨基酸的水平。
在许多氨基酸中,科学家们选择了赖氨酸和缬氨酸。赖氨酸是一个带正电荷的阳离子,之所以选择赖氨酸是因为阳离子多肽已经被知道具有抗菌活性。另一方面,缬氨酸是不带电的,因此是疏水的,这意味着它不能与水或其他极性分子良好地相互作用。由于疏水材料与其他疏水材料有良好的相互作用,缬氨酸的疏水性使SNAPPs能够渗透细胞膜,而细胞膜大部分也是疏水的。研究人员不只是创造氨基酸长链或允许聚合物自组装,而是将16或32个链组连接到一个多功能核心,以促进水的溶解度,并创造出特征的星形。他们假设星形优化功能,因为它促进肽聚集和定域电荷浓度,导致更有效的离子与细菌膜的相互作用。
研究人员评估了SNAPPs对不同种类细菌的活性。SNAPPs对所有细菌都有活性,但对革兰氏阴性菌尤其有效大肠杆菌.革兰氏阴性细菌的特征是其外膜通常作为一个高度不透水的屏障,但研究人员发现,SNAPPs可以穿透这层膜,因为它们对膜上的特定分子有很高的亲和力。这种治疗对耐抗生素和敏感菌株的细菌同样有效。SNAPPs对革兰氏阴性细菌的有效性尤其重要,因为目前正在开发的抗生素药物对革兰氏阴性感染无效。
snapp具有多种杀死细胞的机制,使得细菌更难产生耐药性。聚合物的部分疏水组成使它们能够渗透膜,但一旦它们渗透了膜,带正电的氨基酸就会破坏膜的完整性,阻止离子流动的调节。星形聚合物甚至可以聚合并撕裂膜。SNAPPs还可能触发细胞凋亡或细胞自杀的细胞过程。所有这些抗生素作用的机制单独来看都令人印象深刻,但当它们结合在一个单一的分子中时,它们的力量是难以置信的,是细菌难以对抗的。即使将600代细菌暴露在低浓度的SNAPPs中,研究人员也无法检测到细菌对治疗的耐药性。这些结果表明,SNAPPs作为超级细菌崛起的长期解决方案前景广阔。
要使snapp等治疗方法得到常规使用,还需要进行更多的研究、开发,并最终进行临床试验。

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