5 technologies qui pourraient lutter contre la résistance aux antimicrobiens.

La grippe, la rougeole, pneumonieet d’autres infections microbiennes étaient une fois faciles à traiter avec l’antibiotique, antifongique et antiviral médicaments. Les conditions sont devenues plus résistantes aux médicaments, cependant, augmentant les chances de résultats mortels causés par des infections bactériennes, virales, fongiques et parasitaires. La résistance aux antimicrobiens (AMR) a provoqué plus que 1 million de morts en 2021, selon un rapport de 2024 publié dans Le lancet. Le Organisation Mondiale de la Santé a déclaré en 2023 que AMR était devenu une menace majeure de santé mondiale.

AMR peut être blâmé à un certain nombre de choses, notamment la surutilisation de antibiotiques chez les gens, animauxet plantes; inadéquat sanitaire; et un manque de nouveaux médicaments. D’autres facteurs incluent des mesures de prévention inefficaces et une pénurie de nouveaux outils pour détecter les infections.

Pour discuter de la façon dont la technologie peut aider à prévenir la propagation de l’AMR, le Alliance de vision de la recherche en génie Termé un événement de deux jours l’année dernière, attirant plus de 50 chercheurs, chefs de file de l’industrie et décideurs politiques. L’ERVA, financé par les États-Unis Fondation des sciences nationalesIdentifie les domaines qui répondent aux besoins nationaux et mondiaux que toutes les parties qui financent la recherche – les entreprises, les agences gouvernementales et les fondations – devraient considérer. L’alliance en a plus de 20 partenaires d’affiliation y compris IEEE.

«ERVA ne consiste pas nécessairement à trouver une solution demain», dit Anita Shuklaqui a présidé l’événement de février 2024. «Il s’agit de créer des orientations de recherche à long terme qui peuvent aider à minimiser, atténuer ou éradiquer les problèmes à long terme. Nous permettons de rechercher ou d’idées de recherche.»

Shukla, professeur d’ingénierie à Université Brownà Providence, RI, recherche les biomatériaux pour les applications livraison de droguesy compris le traitement des infections bactériennes et fongiques.

L’Alliance a récemment publié « Opportunités d’ingénierie pour lutter contre la résistance aux antimicrobiens.  » Le rapport a identifié cinq grands défis pour les chercheurs: Biocapteurs et portables diagnostiquesSurfaces antimicrobiennes, biomatériaux intelligents, ingénierie cellulaire et approches de modélisation avancées.

Biocapteurs pour accélérer la détection

Outils de diagnostic plus rapides, plus précis et moins chers et portables sont nécessaires pour mieux détecter les infections, indique le rapport. Il suggère le développement de biocapteurs diagnostiques, qui pourraient détecter des composants spécifiques des agents pathogènes dans un échantillon. Les biocapteurs pourraient percevoir l’échantillon du patient d’une manière minimale ou non invasive, selon le rapport.

La méthode traditionnelle pour savoir si quelqu’un a un infection est de prélever des échantillons de leurs cellules, tissus, sang, mucus ou autres fluides corporels et les envoyer dans un laboratoire pour analyse. Selon le type d’infection et de test, il peut prendre quelques jours pour obtenir les résultats.

L’alliance a suggéré le développement de biocapteurs diagnostiques qui pourraient détecter bactéries, viruschampignons et agents pathogènes parasites dans l’échantillon sur place. Les résultats doivent être fournis rapidement – idéalement en quelques heures ou moins, indique le rapport – afin de réduire la propagation de l’infection, de réduire le temps de récupération pour les patients et de baisser soins de santé frais.

Mais d’abord, des recherches sont nécessaires pour développer des biocapteurs qui peuvent détecter de faibles niveaux de biomarqueurs liés aux infections à partir d’échantillons de patients, indique le rapport. Un biomarqueur est un indicateur mesurable, comme un gène, qui peut fournir des informations sur la santé d’une personne. Actuellement, il peut prendre plusieurs jours à des semaines pour que le système immunitaire d’une personne produise suffisamment d’anticorps pour être détecté, retardant un diagnostic.

«Je pense que les membres de l’IEEE ont les bonnes compétences et pourraient faire toute la différence s’ils, ainsi que d’autres ingénieurs, travaillent ensemble pour résoudre ce problème très complexe.» —Anita Shukla, professeur d’ingénierie à Université Brownà Providence, Ri

Les auteurs demandent que des ingénieurs, des cliniciens et des microbiologistes collaborent à la création d’appareils et à leur conception pour une utilisation en milieu clinique.

Les progrès, selon le rapport, peuvent être incorporés dans appareils intelligentsou de nouveaux pourraient être conçus qui sont spécifiques à l’infection.

Un autre domaine qui devrait être exploré, dit-il, est de développer appareils portables pour permettre aux patients de se diagnostiquer avec précision.

«Les ingénieurs, en particulier les ingénieurs électriciens qui ont beaucoup de connaissances sur divers biocapteur Les technologies de conception et de portable sont les individus qui ont besoin d’innover dans cet espace et de produire ces technologies », explique Shukla.

Surfaces plus propres pour arrêter la propagation des germes

La propagation des infections à une façon provient des surfaces contaminées par les bactéries, notamment des lits d’hôpital, des équipements médicaux, des poignées de porte et des bureaux. Peu importe à quel point les protocoles hospitaliers sont stricts pour la stérilisation, l’assainissement et la désinfection, les bactéries s’attachent à la plupart des choses. Le rapport ERVA note que plus de 90% des rideaux utilisés par hôpitaux Pour l’intimité entre les patients dans les chambres partagées, sont contaminées après une semaine.

Les auteurs disent qu’il est impératif de développer des surfaces antimicrobiennes qui peuvent tuer les agents pathogènes bactériens et fongiques en contact. Les matériaux qui libèrent des agents antimicrobiens lorsqu’ils sont touchés, y compris les métaux, polymèreset Composites.

Les nouvelles surfaces antimicrobiennes d’ingénierie doivent être suffisamment durables pour résister aux méthodes d’assainissement et de stérilisation utilisées dans les hôpitaux et autres milieux cliniques, explique Shukla.

D’autres emplacements où les surfaces antimicrobiennes doivent être installées, ajoute-t-elle, comprennent les écoles et les immeubles de bureaux.

Matériaux plus intelligents pour fournir des médicaments

Les pansements et autres méthodes d’administration de médicaments à base de biomatériaux utilisés aujourd’hui pour fournir des antibiotiques directement à un site d’infection potentiel ne sont pas suffisamment avancés pour contrôler la quantité de médicaments qu’ils libérent, selon le rapport.

Cela peut entraîner une surutilisation du médicament et peut exacerber la RAM, indique le rapport.

Les systèmes de livraison basés sur les biomatériaux plus intelligents qui libèrent des antimicrobiens sont un domaine de recherche urgent, selon les auteurs. Les particules nano-et à microscope et les gels polymères qui ne peuvent libérer des médicaments que lorsqu’une infection bactérienne est présente sont quelques exemples cités dans le rapport.

«Ce sont des matériaux qui peuvent libérer thérapeutique À la demande « , explique Shukla. » Vous exposez l’infection à la thérapeutique uniquement lorsqu’elle est nécessaire pour que vous n’introduisez pas plus de médicament (que nécessaire) – ce qui pourrait potentiellement accélérer le développement de la résistance.  »

Les matériaux doivent également contenir des composants qui ressentent la présence d’une bactérie ou d’un champignon et signalent si le système immunitaire du patient combat activement l’infection, indique le rapport. La présence du germe déclencherait un antibiotique encapsulé ou antifongique pour être libéré au site d’infection.

Il est possible pour les ingénieurs électriciens de développer des composants qui seraient incorporés dans le matériau intelligent et répondraient à champs électriques Pour déclencher une libération de médicament ou aider à détecter l’infection, dit Shukla.

Ingénierie cellulaire sans médicament

Un autre domaine où les ingénieurs électriciens pourraient jouer un grand rôle, dit Shukla, implique les cellules immunitaires. Une alternative potentielle aux antibiotiques, les globules blancs modifiés pourraient améliorer la réponse naturelle du corps pour lutter contre les infections, selon le rapport. Une telle approche sans médicament nécessiterait cependant des progrès en génie cellulaire, ainsi qu’une meilleure compréhension des cellules génétiquement manipulées.

Pour les personnes atteintes d’infections persistantes, il est important d’étudier les interactions à long terme entre les cellules immunitaires d’ingénierie et les bactéries, indique le rapport. Recherche sur la création d’ingénierie microbes Avec l’activité antimicrobienne pourrait aider à réduire l’utilisation des antibiotiques et pourrait prévenir les infections, dit-il.

Utilisation de la modélisation avancée pour développer de nouveaux médicaments

L’alliance affirme que des recherches importantes sont nécessaires pour développer une modélisation informatique. La technologie pourrait être utilisée pour développer rapidement des modèles d’infection bactérienne complexes afin d’évaluer l’efficacité de nouveaux médicaments et thérapies antimicrobiens.

«La modélisation a la possibilité d’accélérer le développement de nouveaux médicaments et de prédire potentiellement les résultats de nouveaux traitements, tous d’une manière moins coûteuse et moins soumise à la variabilité qui se produit souvent avec les tests en laboratoire», explique Shukla.

IA-Les outils fondés sont déjà utilisés pour prédire ou développer des thérapies potentielles, ajoute-t-elle, mais nouvelle algorithmes et des approches sont encore nécessaires.

«Je pense que les membres de l’IEEE ont les bonnes compétences et pourraient faire toute la différence s’ils, ainsi que d’autres ingénieurs, travaillent ensemble pour résoudre ce problème très complexe de l’AMR», explique Shukla. «Les gens qui travaillent dans des silos sont un problème. Si nous pouvons amener les gens à travailler ensemble pour vraiment résoudre ce problème, c’est ainsi que AMR va être résolu.»

Vous pouvez regarder Shukla discuter des résultats de l’événement de vision dans ce webinaireproduit le 27 mars.