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Un composé a été proposé par erreur mais a alors montré de très bonnes propriétés inhibitrices. Comment argumenter cela dans un manuscrit ?


Dans un projet, nous avons effectué des calculs de criblage virtuel afin de prédire les inhibiteurs, puis nous avons acheté les composés et les avons testés en laboratoire. L'un d'eux était un très bon inhibiteur de TK (IC50 nM).

Cependant, lorsque nous avons traité les résultats, nous nous sommes rendu compte que la présence de ce composé particulier dans la liste d'origine des résultats de dépistage virtuel était due à des erreurs dans les calculs d'origine (il a été ajouté à la liste par des facteurs aléatoires, et non par le score d'amarrage).

Alors maintenant, nous écrivons le papier et nous nous demandons comment argumenter cela. Nous ne pouvons pas simplement raconter l'histoire comme dans ce post (elle a été découverte par hasard ou par notre erreur). Comment argumenteriez-vous cela ?


Soyez honnête (et éventuellement divisez les papiers).

Si le composé a été identifié comme une erreur et que vous souhaitez inclure dans un document décrivant le processus de votre simulation et l'efficacité des inhibiteurs prévus, vous devrez le faire comme une sorte de contrôle négatif pour vos calculs (à moins qu'il n'y ait un moyen de reproduire/rationaliser pourquoi il est apparu au hasard). Puisque c'est le seul bon inhibiteur que vous avez, vous devriez conclure que votre calcul n'est pas beaucoup mieux que le hasard, ou expliquer pourquoi il est meilleur même si vous avez trouvé un meilleur inhibiteur par hasard. Si vous avez des raisons d'affirmer que vos calculs sont bons et logiques, excluez l'inhibiteur « aléatoire » de cet article. Vous pouvez écrire un article individuel sur un bon inhibiteur, le fait que vous l'ayez trouvé par hasard n'est plus si important.


Ciment chargé d'antibiotiques en chirurgie orthopédique : une revue

Les infections en chirurgie orthopédique sont un problème grave. Le ciment osseux chargé d'antibiotiques a été développé pour le traitement des arthroplasties articulaires infectées et pour la prophylaxie des arthroplasties totales dans des cas sélectionnés. Malgré l'utilisation généralisée du ciment osseux chargé d'antibiotiques en orthopédie, de nombreuses questions sont encore floues ou controversées : adhérence bactérienne et résistance aux antibiotiques, modification des propriétés mécaniques qui suit l'ajout de l'antibiotique, facteurs influençant la libération de l'antibiotique du ciment et le rôle de la surface, la méthode de mélange du ciment et de l'antibiotique, le choix et l'efficacité de l'antibiotique, la combinaison de deux ou plusieurs antibiotiques, et la toxicité. Cette revue aborde tous ces sujets, en se concentrant sur les propriétés, les mérites et les défauts du ciment chargé d'antibiotiques. L'objectif final est de fournir aux chirurgiens orthopédistes des informations claires et concises pour le bon choix du ciment dans leur pratique clinique.

1. Introduction

Le but de cette revue est d'analyser les principaux problèmes des ciments osseux chargés d'antibiotiques et de commenter leurs propriétés de base, leurs principales caractéristiques, leurs mérites et leurs défauts. L'objectif final est de fournir aux chirurgiens orthopédistes des informations claires et concises pour un choix correct du ciment chargé d'antibiotiques dans la pratique clinique.

1.1. Biomatériaux, infections et orthopédie

La présence de biomatériaux en chirurgie orthopédique implique un risque élevé de développer des infections profondes [1]. L'un des principaux facteurs est le phénomène d'adhésion des bactéries aux biomatériaux et la production d'un biofilm à partir des souches bactériennes [2–5]. En effet, il a été démontré que les bactéries ont la capacité de se lier à la surface des biomatériaux, grâce à des propriétés physiques et chimiques spécifiques [2, 6, 7]. Les infections autour des arthroplasties articulaires sont parmi les plus difficiles à gérer et à guérir. Jusqu'à il y a des décennies, les antibiotiques disponibles pour la prévention et le traitement des infections orthopédiques étaient peu nombreux et ces antibiotiques auraient pu être inefficaces contre certaines bactéries comme les staphylocoques et les Gram-négatifs. Avec la diffusion de l'arthroplastie prothétique dans les années 70, le problème s'est accru [1, 8–10]. En fait, la base du traitement d'une prothèse articulaire infectée repose sur le retrait de l'implant et sur la toilette précise autour des tissus mous et osseux nécrotiques environnants, en technique en ou en deux temps [11–13].

Le positionnement dans le champ opératoire d'un ciment chargé d'antibiotiques peut être utile pour maintenir au niveau local une concentration élevée de médicament, qui ne pourrait être atteinte par l'administration veineuse sans complications générales et toxicité [14, 15]. Néanmoins, l'efficacité réelle du ciment chargé d'antibiotiques est actuellement débattue [16]. Après le traitement chirurgical et le nettoyage, l'administration systémique d'antibiotiques pendant une période prolongée est de toute façon obligatoire, les toilettes seules ne suffisant pas. Après des années de débat scientifique, de nombreux doutes et opinions divergentes subsistent sur plusieurs aspects de l'utilisation du ciment antibiotique : la méthode de préparation, le choix de l'antibiotique, la libération et la diffusion efficaces de l'antibiotique dans les tissus environnants, et la propriétés mécaniques du ciment chargé d'antibiotiques.

2. Développement de ciment et infections articulaires

Le sujet de cette revue, le soi-disant ciment osseux est un matériau à base de polymère composé de poly-méthacrylate de méthyle (PMMA) ou de copolymères, est un matériau polymère couramment utilisé pour la fixation des implants articulaires à l'os.

Ces dernières années, grâce à l'amélioration des techniques chirurgicales, à l'adoption de procédures antiseptiques préopératoires et peropératoires strictes et efficaces et, surtout, grâce à l'optimisation de l'antibioprophylaxie systémique périopératoire une réduction significative du nombre des infections profondes et des révisions ultérieures ont eu lieu [17–20]. Il a été estimé que le taux des infections a été réduit de 5 à 10 % à environ 1 à 2 % au cours des vingt dernières années. Parmi les nombreuses procédures de lutte contre l'infection périprothétique, l'utilisation de ciment osseux enrichi en antibiotiques est largement utilisée [21], notamment en cas de reprise et d'échec septique des arthroplasties. Il y a plus de 30 ans, Bulchoz et Engelbrecht ont rapporté que la pénicilline, l'érythromycine, la gentamicine introduites dans le ciment utilisé pour stabiliser la hanche, se sont propagées dans les tissus environnants pendant des mois, entraînant une concentration locale prolongée d'antibiotique [22]. Après ces résultats, l'intérêt pour l'application de ciment imprégné d'antibiotique dans le traitement de l'ostéomyélite s'est accru. En 1979, comme alternative à l'introduction d'importants dépôts de ciment antibiotique dans le site de l'ostéomyélite chronique, Klemm a introduit la gentamicine dans des billes de ciment et les a utilisées comme comblement temporaire de l'espace créé après l'ablation du tissu nécrosé. Depuis la fin des années 90, le ciment imprégné d'antibiotique (ALBC : antibiotique chargé osseux) est de plus en plus utilisé pour la prévention des infections liées aux arthroplasties. Aussi, au fil du temps, ce choix a connu des changements et des améliorations significatifs concernant la formulation chimique, les techniques de préparation et les applications cliniques [22].

3. Adhésion bactérienne et résistance aux antibiotiques

L'adjonction d'antibiotiques au ciment doit être considérée comme une stratégie d'accompagnement dans la prévention de la survenue d'infections et non comme la solution : le point clé reste encore représenté par la stérilité au bloc opératoire et par les gestes chirurgicaux antiseptiques. Néanmoins, toute procédure pouvant potentiellement réduire l'adhérence et la colonisation bactérienne est la bienvenue en orthopédie. Des hypothèses ont été formulées sur l'efficacité de l'ajout d'antibiotiques en termes de réduction du biofilm bactérien sur les différents types de ciment et il est apparu comme un processus multifactoriel, non lié uniquement à la cinétique de libération de l'antibiotique. Certains ont soutenu que la production à partir des bactéries d'une sorte de glycocalyx (structure extracellulaire qui recouvre la surface externe des tissus d'une « gaine » que l'on trouve principalement dans les épithéliums), qui adhère au biomatériau, provoque des changements physiologiques sur les bactéries elles-mêmes et confère résistance aux antibiotiques [16, 23]. D'autres ont proposé que le facteur principal puisse être l'hydrophobie du matériau implanté, les interactions électrostatiques et/ou la rugosité de la surface [24, 25]. Des preuves émergentes ont montré que l'adhésion bactérienne à un biomatériau est le résultat d'un développement de la résistance aux antibiotiques [22]. Il a été émis l'hypothèse que la croissance bactérienne est privilégiée sur certains biomatériaux : par exemple, les staphylocoques à coagulase négative préféreraient rejoindre le ciment osseux, tandis que S. aureus montrerait une adhérence préférentielle aux biomatériaux métalliques [26]. Une exposition prolongée à un antibiotique à une concentration de dose inférieure à celle inhibitrice, permet le développement d'une résistance mutationnelle chez les bactéries. Par conséquent, la large utilisation clinique de l'ALBC à des fins préventives doit être soigneusement considérée [16, 22]. L'utilisation de ciment additionné de gentamicine pour les premiers implants a été associée au développement de staphylocoques à coagulase négative résistants à ce médicament [27]. De plus, des souches bactériennes résistantes à la gentamicine ont été retrouvées dans 88 % des cas d'infection en arthroplastie où le ciment était chargé d'antibiotique, contre 16 % après celles où le ciment commun était utilisé [28, 29]. Un autre facteur important pour l'adhésion des bactéries est la rugosité de la surface : en général plus la rugosité est élevée, plus l'adhésion est élevée et le PMMA se caractérise par une surface rugueuse [11].

4. L'utilisation de ciment osseux chargé d'antibiotiques : principes généraux

Le PMMA entre au bloc opératoire conditionné séparément en monomère (liquide) et polymère (poudre). Au moment de la préparation, lorsqu'il est mélangé, il devient une pâte de matière visqueuse, qui se solidifie en quelques minutes par une réaction exothermique. Il agit comme une fixation entre les composants prothétiques et l'os spongieux. Pendant le mélange, des pores de différentes tailles sont produits en conséquence de la réaction chimique et des variations de volume. Ces microtrous peuvent représenter le point de départ de fissures et peuvent donc être responsables de la rupture prématurée du ciment. Pour éviter la formation de ces pores, il est possible de préparer le ciment sous vide. Néanmoins, la préparation sous vide conduit à une plus grande réduction de volume au cours de la polymérisation, entraînant ainsi un retrait plus important et une plus mauvaise adhérence sur l'interface os-prothèse par rapport au ciment mixte sans vide. Il a été démontré que parmi les composés préparés en salle d'opération, ceux fabriqués sous vide présentent des propriétés mécaniques améliorées [30–32]. Cependant, ce n'est pas le but de ce travail de discuter la méthode de préparation du ciment et les avantages ou inconvénients relatifs de la préparation sous vide sur les propriétés biomécaniques.

Certains auteurs ne recommandent pas l'utilisation du ciment antibiotique en arthroplastie primaire [30], d'une part pour la réduction des propriétés mécaniques et d'autre part parce que son utilisation généralisée pourrait conduire à la sélection de bactéries résistantes aux antibiotiques. L'utilisation du ciment chargé d'antibiotiques dans les implants primaires est indiquée chez les patients présentant un risque chirurgical, chez les patients âgés, chez les patients présentant des problèmes de santé généraux tels que l'immunodépression, le diabète, des antécédents d'infections prothétiques et périprothétiques et des maladies particulières telles que les rhumatismes. l'arthrite et le LED, ou dans des conditions de malnutrition [33, 34]. En revanche, l'utilisation du ciment chargé antibiotique est recommandée par la plupart des auteurs pour les reprises d'arthroplasties articulaires, qui présentent un risque infectieux plus élevé que les premiers implants [33, 34]. L'utilisation du ciment antibiotique est particulièrement indiquée pour les reprises septiques [30]. La reprise d'une arthroplastie articulaire infectée peut être réalisée en une seule intervention chirurgicale (en un temps), où le retrait de l'implant et du tissu infecté et nécrosé est suivi d'un nettoyage précis de la zone et de la pose du nouveau prothèse. Au contraire, la reprise peut être réalisée avec la technique dite « en deux temps », où la première étape est le retrait de l'implant et la toilette chirurgicale, puis une cale provisoire est implantée, et enfin la nouvelle prothèse est implantée à un distance de 6 à 8 semaines après la chirurgie avec une nouvelle opération [12, 13, 35]. Pendant la période de temps entre les deux chirurgies, la zone de l'articulation nettoyée peut être laissée vide ou le plus souvent est remplie d'une entretoise. Le ciment chargé d'antibiotiques est l'espaceur le plus utilisé, en raison de sa plasticité et de sa capacité à libérer l'antibiotique in situ [27, 30, 36]. Dans ce cas, un effet thérapeutique local s'ajoute à la fonction première du spacer : éviter la rétraction des tissus et maintenir l'interligne articulaire, facilitant ainsi la reprise chirurgicale [37].

5. Méthode de mélange du ciment et de l'antibiotique

La méthode de mélange est considérée comme l'un des facteurs les plus importants qui affectent la libération des antibiotiques et les propriétés mécaniques du ciment. La préparation doit être aussi poreuse que possible afin d'augmenter la propagation de l'antibiotique, mais pas trop poreuse pour affaiblir la structure du ciment lui-même. Une distinction fondamentale concerne la méthode d'addition de l'antibiotique au ciment : mélanger manuellement au moment de l'implantation ou mélange industriel par les différentes sociétés qui fournissent du ciment osseux prémélangé chargé d'antibiotiques [31, 38, 39].

L'antibiotique doit être une préparation en poudre pour une meilleure intégration avec le ciment et une interférence réduite avec les propriétés mécaniques du ciment [39]. Jusqu'à présent, aucune étude n'a été menée pour corréler les changements dans la libération de l'antibiotique avec la température. Il faut cependant considérer que le processus de polymérisation du ciment est une réaction exothermique avec des températures allant jusqu'à 60°–80°C. Par conséquent, les antibiotiques destinés à être mélangés au ciment doivent être chimiquement et thermiquement stables [40]. La préparation manuelle, selon une étude menée sur le Simplex-P dopé à la tobramycine, réduit la résistance du ciment de 36 % par rapport à l'ALBC préparé industriellement [30]. L'amélioration des propriétés mécaniques due à la plus grande compacité de la structure du ciment pourrait cependant conduire à une diminution de la vitesse de diffusion de l'antibiotique [32]. Cette différence n'est cependant pas considérée comme significative par la plupart des chirurgiens.

6. Le choix de l'antibiotique

Le choix de l'antibiotique est une question fondamentale. L'antibiotique doit avoir un large spectre antibactérien (y compris des bactéries gram positives et gram négatives) et un faible pourcentage d'espèces résistantes. Les antibiotiques les plus couramment mélangés sont la gentamicine et la tobramycine (aminoglycosides particulièrement efficaces contre les bactéries gram-négatives) et la vancomycine (glycopeptide actif principalement sur les bactéries gram-positives, par ex. Staphylococcus aureus). De plus, l'antibiotique doit fournir une concentration locale capable de dépasser la « limite de sensibilité du point de rupture » des agents pathogènes. Celle-ci est généralement définie comme la concentration en antibiotique qui marque le passage de la sensibilité bactérienne à l'induction à la résistance aux antibiotiques pendant au moins trois ou quatre semaines. L'objectif final est d'atteindre des concentrations appropriées d'antibiotiques dans les tissus et les os évitant la toxicité de la concentration des médicaments [22].

Une étude a montré que des staphylocoques à coagulase négative sont retrouvés dans 88 % des infections chez les patients subissant une arthroplastie primaire où du ciment chargé en gentamicine a été utilisé [41]. Une étude [42] in vitro analysé le comportement de Staphylococcus aureus en fonction de la cinétique de libération de la gentamicine dans différents ciments : aucun des ciments chargés d'antibiotiques n'a pu réduire immédiatement la croissance des bactéries, mais tous ont conduit à une diminution significative de la croissance bactérienne par rapport aux ciments non antibiotiques. Apparemment, le ciment CMW3 a montré la capacité de réduire la colonisation bactérienne pendant une période plus longue (24 à 72 heures) par rapport aux autres ciments. Il a également été noté que la gentamicine peut agir différemment lorsqu'elle est ajoutée à différents ciments, bien que le mécanisme d'adhésion bactérienne soit toujours le même. Par exemple, il a été démontré que la libération de gentamicine est beaucoup plus efficace dans Palacos que dans Simplex [14]. De même, des changements d'élution liés au type de ciment ont été trouvés également pour la vancomycine. La libération de cet antibiotique a été comparée dans trois types de ciment différents (CMW1, Palacos-R et Simplex-P) et le premier a montré une libération accrue par rapport aux deux autres [43]. D'autres études sur divers ciments (Cemex, Palacos et Simplex) ont démontré que la vancomycine seule avait une libération mineure et moins efficace par rapport à la gentamicine [44]. Cette diffusion plus faible de la vancomycine serait liée à plusieurs facteurs tels que les propriétés physico-chimiques de l'antibiotique, le poids moléculaire, la stabilité des molécules en présence de fluides biologiques, la température, ainsi que la morphologie différente du ciment lui-même. (porosité, rugosité, surface, etc.). Le type de ciment et le mode de préparation peuvent modifier l'élution de l'antibiotique, bien que d'autres études affirment le contraire et soutiennent que la diffusion de la vancomycine et de la tobramycine ne dépendrait pas du type de ciment utilisé [45].

Une étude [40] a montré que la tobramycine ajoutée au ciment Simplex a une bonne activité contre 98% des bactéries testées, en utilisant un large spectre d'agents pathogènes cliniquement pertinents dans les infections orthopédiques (bactéries aérobies Gram-positives et Gram-négatives, anaérobies, et mycobactérie). Les bactéries résistantes à la tobramycine aux concentrations systémiques habituelles, telles que Enterococcus faecalis, les staphylocoques résistants à la méthicilline et Staphylococcus epidermidis, ont également présenté une sensibilité limitée à l'antibiotique libéré par le ciment.L'étude a confirmé l'efficacité de la tobramycine liée au PMMA pour la prévention et la réduction des infections causées par un large spectre de micro-organismes : la tobramycine est stable lors de la polymérisation exothermique du ciment et sa libération à la surface du PMMA se produit à des concentrations qui inhibent habituellement la croissance de la majorité des bactéries examinées. Une autre étude des mêmes auteurs [46] a comparé les deux principaux aminosides utilisés en chirurgie prothétique, respectivement la gentamicine et la tobramycine, ajoutées à Palacos et Simplex. Les résultats ont montré que Simplex-tobramycine a une activité antibactérienne contre 98% des souches testées de P. Aeruginosa, tandis que Palacos-gentamicine contraste avec 93% des mêmes bactéries. Ces résultats suggéreraient une activité antibactérienne de la tobramycine de 2 à 8 fois supérieure à celle de la gentamicine. Les aminosides agissent par un mécanisme directement corrélé à la concentration donc l'augmentation de la dose des antibiotiques correspond à une efficacité antibactérienne accrue. De plus, la libération d'antibiotique est positivement corrélée à la quantité ajoutée au ciment [47].

7. Dose d'antibiotique

Le dosage de l'antibiotique varie selon l'usage auquel le ciment est destiné. De nombreux auteurs soutiennent qu'en cas d'infections aiguës, des doses élevées d'antibiotiques doivent être utilisées : plus de 2 g pour 40 g de ciment, généralement de 6 à 8 g pour 40 g, pour une libération prolongée et efficace contre les agents pathogènes [16, 22, 48]. Alors que si l'ALBC est utilisé en prophylaxie dans les premiers implants, où la fonction première du ciment est de fixer l'implant, l'antibiotique peut être mélangé à faibles doses : moins de 2 g pour 40 g de ciment antibiotique. Une dose insuffisante peut être considérée comme la cause d'un échec de la prothèse, car elle peut générer l'émergence de bactéries résistantes [16, 22, 48].

8. Association de plus d'un antibiotique dans le ciment osseux

L'activité de la libération de deux ou plusieurs antibiotiques du ciment osseux a été étudiée. L'idée d'ajouter plus d'un seul antibiotique est née après l'émergence de bactéries résistantes et après l'éventuelle association synergique de deux antibiotiques est devenue une pratique de plus en plus courante en infectivologie (généralement, la vancomycine et les aminosides sont souvent associés pour leur effet potentiel synergique dans le traitement d'infections graves causées par le S. aureus). Depuis 1970, il a été documenté que ??-les antibiotiques lactamiques peuvent être associés à la plupart des aminosides, lorsqu'il existe une concentration élevée des deux substances, ou lorsque leur excrétion est retardée. La combinaison d'une molécule d'un ??-lactame avec une molécule d'aminoglycoside peut inactiver des quantités équimolaires des deux antibiotiques. Lorsque de fortes doses des deux substances sont associées au ciment, l'inactivation de ceux-ci peut affecter les propriétés de l'association, mais ce phénomène n'a pas encore été étudié [41].

Une étude menée sur 20 patients atteints d'infections dues à S. aureus, S. epidermidis, E. coli et P. aeruginosa, ont montré une efficacité supérieure des espaceurs chargés avec une combinaison de gentamicine et de vancomycine par rapport aux espaceurs chargés avec de la gentamicine seule [36]. La capacité émergente de survie des staphylocoques sur matériel prothétique et la in vitro Les effets de la gentamicine et du polyméthacrylate de méthyle chargé de vancomycine (PMMA) ont été étudiés sur des souches de staphylocoques acquises à l'hôpital systématiquement inoculées sur quatre matériaux orthopédiques : Polyéthylène à ultra-haut poids moléculaire (UHMPWE), ciment Palamed sans antibiotiques, ciment Palamed-G et ciment Palamed-G chargé de vancomycine (1 g d'antibiotique pour 40 g de ciment) [49]. L'échantillon avec l'association vancomycine-gentamicine était le plus efficacement protégé de la colonisation bactérienne. Le résultat est cohérent avec d'autres tests similaires effectués par d'autres auteurs sur d'autres ciments (Palamed et Palacos) et divers antibiotiques sur d'autres souches de bactéries [50, 51].

L'effet additif ou synergique de la tobramycine sur la vancomycine libérée du ciment acrylique a été démontré [52]. Ce phénomène a été appelé « opportunisme passif » car le deuxième antibiotique semble agir simplement comme un additif passif soluble. L'élution de la tobramycine et de la vancomycine seules et combinées à partir des disques de ciment acrylique a été étudiée : il a été démontré que l'association de deux antibiotiques dans le ciment osseux améliore l'élution des deux antibiotiques. in vitro et peut se traduire par une élution améliorée in vivo [53].

Les caractéristiques d'élution de la vancomycine et de la tobramycine seules et ensemble ont été comparées dans deux types de ciment, Palacos et Simplex [15], répartis en trois groupes : un premier groupe (faible) contenait 1,2 g de tobramycine et 1 g de vancomycine, un second groupe (moyen) 2,4 g de tobramycine et 2 g de vancomycine, et un troisième groupe (élevé) 3,6 g de tobramycine et 3 g de vancomycine. À faible dose, les deux antibiotiques ont montré une très faible élution ainsi que Simplex dans le groupe à dose moyenne. Palacos a entraîné une plus grande libération que Simplex dans les groupes à dose moyenne et élevée. En particulier, Palacos avec une concentration élevée d'antibiotiques a montré un niveau d'activité qui a dépassé pendant plus de quatre-vingts jours le niveau de concentration minimale inhibitrice (CMI) des agents pathogènes les plus courants [15]. De plus, la quantité de tobramycine libérée par Palacos était supérieure à celle de Simplex (10 jours). Compte tenu de la vancomycine, la cinétique d'élution était insuffisante dans les trois groupes pour les deux ciments (en prenant comme limite la détection de 25 ??g/ml). Néanmoins, la vancomycine s'est révélée active le premier jour. Considérant la tobramycine, pour les groupes à faible et moyenne dose une insuffisance de la cinétique de libération a été à nouveau observée, mais pour le groupe à forte dose (surtout pour Palacos) la durée de libération était élevée. En général, Palacos a un niveau de libération beaucoup plus élevé (au-dessus de la CMI pour les agents pathogènes les plus couramment rencontrés) et pendant une période plus longue par rapport à Simplex et la tobramycine a montré un profil d'efficacité amélioré par rapport à la vancomycine [53, 54]. Cependant, l'association des deux antibiotiques augmente fortement la libération et, vraisemblablement, l'efficacité [36]. Dans une autre étude sur la combinaison d'antibiotiques [38] la libération d'antibiotiques à partir d'un espaceur in vitro a été mesurée dans le but d'établir le meilleur couple ciment-antibiotique contre des bactéries spécifiques (S. aureus, S. epidermidis, Enterococcus faecalis, et SARM). Palacos-R et trois antibiotiques différents (gentamicine, vancomycine et teicoplanine) ont été utilisés seuls ou en association (gentamicine plus vancomycine ou teicoplanine plus gentamicine). L'étude a montré que l'association de deux antibiotiques dans un espaceur a une activité bactéricide plus prolongée qu'un espaceur chargé d'un seul antibiotique. De plus, l'action synergique de la gentamicine et de la teicoplanine avait une activité bactéricide supérieure à celle de la gentamicine et de la vancomycine et le couplage d'un glycopeptide avec un aminoside couvre à la fois les bactéries Gram-négatives et Gram-positives.

9. Facteurs influençant la libération d'antibiotiques du ciment et rôle de la surface

Selon certains auteurs, la libération de l'antibiotique peut durer plusieurs jours [15], alors que pour la majorité des auteurs, le processus ne se produit que les premiers jours [55]. D'autres soutiennent qu'il s'agit d'un processus d'une durée de quelques heures [56]. La quantité et la durée de la libération de l'antibiotique du ciment est une question débattue qui n'a pas encore été complètement comprise [3, 22, 30, 55, 56].

La libération de l'antibiotique du ciment est influencée par le type (viscosité) du ciment, par la surface de contact/d'échange, par les conditions du composé, ainsi que par le type et la quantité d'antibiotique. L'antibiotique est libéré de la surface du ciment et des fissures et des vides dans le ciment lui-même [57]. La nature du polymère permet le passage des fluides, permettant la libération de l'antibiotique incorporé. Néanmoins, alors que l'hydrophobie du ciment limite cette libération à moins de 10 %, l'essentiel de l'antibiotique est libéré dans les premières heures et jours après la chirurgie [58]. De plus, une quantité importante peut encore être piégée dans le ciment pendant longtemps [58]. Selon une étude [59], le Palamed, compte tenu du même procédé de préparation, est le ciment qui permet la plus grande libération d'antibiotique dans le temps (17 %), comparé au Palacos (8,4 %) et au CMW (4-5,3 %). . De nombreux auteurs ont interprété cette libération comme un phénomène de surface, tandis que d'autres argumentent sur ce qui se passe dans toute la matrice polymérique. Il a été montré que le relâchement initial est directement proportionnel à la rugosité de la surface : plus la rugosité est élevée, plus la zone de relâchement est large [36, 48]. Aussi, une correspondance linéaire après une semaine entre la porosité du ciment et la libération de l'antibiotique a été démontrée : la libération continue après plusieurs jours dépendrait de la pénétration profonde de l'antibiotique dans le ciment préalablement déterminée par la porosité [36, 48 ].

L'effet du contact direct avec la surface des biomatériaux, tels que le PMMA, sur les caractéristiques des bactéries et un changement possible conséquent dans la population et la résistance bactérienne ont été étudiés [60]. Aussi, différents types d'antibiotiques ont été évalués pour ce sujet : ??-lactames, aminoglycosides, macrolides et autres étudiant la sensibilité aux antibiotiques à la fois des bactéries adhérentes au ciment et des bactéries non adhérentes. Le contact avec le matériau a donné des différences significatives en termes de croissance pour tous les antibiotiques testés, à l'exception de la clindamycine. Ces données suggèrent que les caractéristiques de la surface du matériau pourraient être importantes dans l'interaction avec les bactéries et que le ciment osseux peut conduire à des modifications de l'adhésion bactérienne au biomatériau modifiant la résistance aux antibiotiques [60, 61].

10. Propriétés mécaniques du ciment antibiotique

Il a été suggéré, comme mentionné ci-dessus, que l'ajout d'antibiotiques peut jouer un rôle dans l'affaiblissement de la structure et des propriétés mécaniques du ciment. Différents ciments et antibiotiques ont été comparés afin de déterminer lesquels pourraient être les plus résistants dans le temps : les études menées sur Palacos-R, CMW1 et CMW3 avec et sans ajout de gentamicine ou Simplex-P avec érythromycine, colistine ou tobramycine n'ont pas montrent des effets significatifs sur la résistance à la fatigue par rapport aux ciments simples respectifs [33]. Il faut noter que la plupart des études qui ont démontré un inconvénient théorique du ciment chargé en antibiotiques sont in vitro études [47]. Au contraire, la majorité des études cliniques ont rapporté un taux accru de défaillances mécaniques lorsque des doses élevées étaient utilisées par rapport à l'ALBC chargé à faible dose [47, 49].

11. Toxicité

À notre connaissance, il n'y a pas de rapports dans la littérature de toxicité systémique liée à l'utilisation d'ALBC. Diverses recherches ont porté sur la toxicité locale, avec un intérêt particulier pour la fonction des ostéoblastes et des ostéocytes : bien qu'il n'y ait aucun rapport d'effets indésirables cliniques sur ces cellules, certains in vitro études ont soulevé des doutes à ce sujet. De plus, les inquiétudes sont plus cohérentes en cas de ciment chargé à fortes doses, où les taux locaux d'antibiotiques peuvent dépasser 200 ??g/mL. En particulier, lorsque des ostéoblastes dérivés de l'os trabéculaire ont été exposés à des matériaux contenant diverses concentrations de gentamicine (0 à 100 ??g/mL), l'activité des phosphates alcalins a diminué de manière significative dans toutes les cultures avec une concentration en gentamicine >100 ??g/mL, l'incorporation de 3H-thymidine diminue à la même concentration d'antibiotique, et l'ADN total diminue pour des concentrations ≥700 ??g/ml [62, 63]. Une étude sur l'effet de la tobramycine (concentrations comprises entre 0 et 10 000 ??g/mL) sur les ostéoblastes a montré que les niveaux locaux <200 ??g/mL n'ont aucun effet sur la réplication de ces cellules, alors qu'à des concentrations >400 ??g/mL de réplication diminue, et avec 10 000 ??g/mL la mort cellulaire se produit. Aussi les effets de la vancomycine sur les ostéoblastes ont été étudiés pour des concentrations comprises entre 0 et 10 000 ??g/mL : niveaux de vancomycine <1.000 ??g/mL a eu peu ou pas d'effet sur la réplication, mais des concentrations de 10 000 ??g/mL a causé la mort des ostéoblastes [64]. La vancomycine semble être moins toxique que les aminosides à des concentrations élevées et la gentamicine a des concentrations critiques inférieures à celles de la tobramycine, bien qu'elles soient toutes deux des aminosides.

12. Conclusion

La majorité des études ont démontré une efficacité antibactérienne des ciments chargés en antibiotiques dans le traitement des infections profondes après arthroplastie de la hanche et du genou (un temps et deux temps).

Le problème principal de ces analyses est le temps minimum de traitement qui permet les effets antibiotiques sans développer de résistance bactérienne. Des études récentes in vitro ont montré que la concentration la plus élevée d'antibiotique libéré se trouve dans les deux premiers jours en revanche, des études in vivo n'a pas atteint de preuves statistiquement significatives.

La littérature a démontré que les meilleurs résultats sont obtenus avec l'association d'un ciment chargé d'antibiotiques et l'administration systémique d'antibiotiques, si possible avec des tests ciblés.

Enfin, une différence significative entre l'administration intraveineuse d'antibiotiques et l'utilisation des antibiotiques dans le ciment à usage prophylactique chez les patients à risque standard n'a pas été trouvée, il n'est donc pas conseillé d'utiliser du ciment chargé d'antibiotiques en routine comme prophylaxie.

En conclusion, il est recommandé de ne pas trop se fier au rôle du ciment osseux chargé d'antibiotiques et de ne pas lui conférer des propriétés thérapeutiques qu'il ne possède pas. Il est clair que les ALBC sont plus efficaces que les simples ciments, mais sans aucun doute la «fenêtre d'efficacité» ne peut être attribuée uniquement aux antibiotiques. D'autres propriétés liées au ciment lui-même telles que la rugosité, la porosité, la technique de préparation et de nombreuses caractéristiques liées au patient doivent être rappelées.

Cependant, il faut souligner que l'ALBC, surtout s'il est ciblé par un antibiogramme spécifique ou intégré à une association de molécules plus d'une seule, est une aide importante dans la prévention et dans le traitement des infections prothétiques.

Politique de divulgation et conflit d'intérêts

Les auteurs n'ont aucun conflit d'intérêts dans ce manuscrit soumis et n'ont pas reçu de subvention, de fonds et de soutien financier. Cette recherche n'a pas été influencée par un intérêt secondaire, tel que le gain financier. Tous les auteurs ont lu et accepté tous les termes de l'accord de droit d'auteur et de licence Hindawi.

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Droits d'auteur

Copyright © 2011 Alessandro Bistolfi et al. Il s'agit d'un article en libre accès distribué sous la licence Creative Commons Attribution, qui permet une utilisation, une distribution et une reproduction sans restriction sur n'importe quel support, à condition que l'œuvre originale soit correctement citée.


Introduction

Les bactéries ont développé une résistance à la plupart des antibiotiques actuellement utilisés [1], faisant ainsi des infections bactériennes une cause majeure de mortalité dans le système de santé [2]. Il existe des preuves suggérant que les infections bactériennes deviennent difficiles à traiter car les agents pathogènes sont capables de développer un biofilm qui aide à l'établissement de l'hôte, à l'expansion de la population et à la prolifération de la maladie [3]. Plus de 60% de toutes les infections bactériennes humaines ont été attribuées à la persistance de la formation de biofilm par les bactéries respectives [4]. Lorsque les bactéries forment des biofilms, la structure du biofilm facilite la survie des agents pathogènes pathogènes, même dans des conditions environnementales hostiles. Il a été démontré que la nature de la structure du biofilm et les attributs physiologiques des organismes formant un biofilm confèrent une résistance inhérente aux conditions hostiles, y compris les agents antimicrobiens tels que les antibiotiques [5]. Par conséquent, il est nécessaire de développer de nouveaux agents antibactériens qui peuvent inhiber la formation ou détruire les biofilms matures et ainsi augmenter la sensibilité des microbes aux antibiotiques.

Il existe un intérêt croissant pour l'utilisation de composés dérivés de plantes médicinales comme agents antibactériens alternatifs [6]. Les plantes ont formé la base des systèmes médicinaux traditionnels qui existent depuis des milliers d'années et continuent de fournir à l'humanité de nouveaux remèdes [7]. Certains des médicaments qui sont largement utilisés dans la pratique clinique ont été obtenus à partir de plantes [8]. Vernonia adoensis est une plante couramment utilisée en ethnomédecine africaine [9]. C'est une plante herbacée du Vernonie genre appartenant à la famille des Astéracées qui est le plus grand genre avec près de 1000 espèces [10]. En Afrique de l'Est, la décoction de racines est mélangée à d'autres arbres pour le traitement des problèmes cardiaques et rénaux [11]. Dans la vallée du Rift et la partie ouest du Kenya, V. adoensis est traditionnellement utilisé pour traiter les symptômes des maladies sexuellement transmissibles telles que la gonorrhée [11]. Les feuilles de la plante sont également utilisées dans le traitement des symptômes du paludisme [12]. En Tanzanie, cette plante est traditionnellement utilisée en ethnomédecine africaine pour le traitement de la fièvre et des infections des voies respiratoires supérieures [9]. V. adoensis est indigène et communément distribué dans tout le Zimbabwe où il est connu en langue vernaculaire Shona langue comme Musikavakadzi [13].

Plusieurs études ont été menées pour évaluer le potentiel antimicrobien de V. adoensis dans le but ultime de justifier l'utilisation traditionnelle de l'espèce végétale ou de découvrir des médicaments [14, 15]. Les extraits de plantes ont montré une activité antibactérienne contre Staphylococcus aureus, Pseudomonas aeruginosa, Bacillus cereus et Bacillus subtilis in vitro [16]. Il a été rapporté que les feuilles de la plante ont une activité anti-plasmodiale très élevée contre Plasmodium falciparum [17]. Chimponda et Mukanganyama [18], ont rapporté que les feuilles de V. adoensis avait une activité inhibitrice contre Mycobactérie aurum et Corynebacterium glutamicum. Des études ont été menées pour isoler les composés phytochimiques de certains Vernonie espèces et les composés isolés se sont avérés avoir des activités biologiques [19,20,21]. V. adoensis Il a été démontré qu'il possède d'importants composés phytochimiques pharmacologiques [21], mais il existe des informations limitées sur l'activité biologique des composés spécifiques isolés de la plante. La plupart des tests d'activité biologique des différentes études ont été menés à partir d'extraits bruts obtenus à partir de différentes parties de la plante.. Par conséquent, la nécessité d'isoler les composés phytochimiques de V. adoensis car ils peuvent produire des composés de plomb qui ont un potentiel antimicrobien important contre certaines souches de bactéries. Des études ont montré que des bactéries telles que P. aeruginosa, S. aureus et K. pneumoniae sont parmi les principales causes d'infections nosocomiales qui ont produit un mauvais pronostic à l'hôpital [22]. Depuis l'avènement des applications antimicrobiennes dans le traitement des maladies bactériennes, les bactéries pathogènes ont réagi en développant diverses formes de résistance [23]. Klebsiella pneumoniae est devenu résistant aux antibiotiques carbapénèmes qui sont souvent la dernière ligne de défense contre les infections à Gram négatif [24]. Staphylococcus aureus les souches sont désormais résistantes à la pénicilline [25]. Dans la plupart des pays asiatiques, 70 à 80 % de la même souche sont devenues résistantes à la méthicilline [25]. Pseudomonas aeruginosa les infections sont aujourd'hui responsables de la plupart des infections nosocomiales dans les hôpitaux et les centres de santé car il n'existe pas d'agents antimicrobiens efficaces contre elle [26]. Aussi l'infection par P. aeruginosa à travers le biofilm dans les poumons des patients atteints de mucoviscidose (FK) est à l'origine d'une morbidité élevée et d'une défaillance fonctionnelle de cet organe [27].

De nouveaux agents antibactériens sont nécessaires car les bactéries ont développé une résistance à la plupart des antibiotiques actuellement utilisés [1]. De plus, les antibiotiques actuels présentent des limites considérables en termes de spectre antimicrobien et d'effets secondaires [28]. L'utilisation inconsidérée et la mauvaise utilisation des antibiotiques ont conduit à une résistance clinique croissante de micro-organismes auparavant sensibles et à l'apparition d'infections rares. Les produits naturels à base de plantes se sont avérés être une riche source d'agents antimicrobiens [29]. Les plantes médicinales traditionnelles ont reçu une attention considérable en tant que source de nouvelles entités chimiques car leurs composés phytochimiques peuvent conduire à de nouvelles pistes dans la découverte de médicaments [30]. Le but de cette étude était d'isoler les composés phytochimiques trouvés dans V. adoensis et évaluer leur activité antimicrobienne car auparavant, les extraits bruts se sont révélés avoir des activités antibactériennes élevées [31].


Endophyte Pénicillium espèces et leurs applications agricoles, biotechnologiques et pharmaceutiques

Pénicillium Le genre constitué de plus de 200 espèces est l'un des plus grands et fascinants groupes de champignons, particulièrement bien établi comme source d'antibiotiques. endophyte Pénicillium a été signalé pour coloniser leurs niches écologiques et protéger leur plante hôte contre de multiples stress en présentant diverses fonctions biologiques qui peuvent être exploitées pour d'innombrables applications, notamment agricoles, biotechnologiques et pharmaceutiques. Au cours des 2 dernières décennies, les endophytes Pénicillium espèces ont été étudiées au-delà de leur potentiel antibiotique et de nombreuses applications ont été rapportées. Nous avons résumé de manière exhaustive dans cette revue les données disponibles (2000-2019) concernant les composés bioactifs isolés à partir d'endophytes. Pénicillium espèces ainsi que l'application de ces champignons dans de multiples processus agricoles et biotechnologiques. Cette revue a montré qu'un très grand nombre (131) d'endophytes de ce genre ont été étudiés à ce jour et plus de 280 composés présentant des propriétés antimicrobiennes, anticancéreuses, antivirales, antioxydantes, anti-inflammatoires, antiparasitaires, immunosuppresseurs, antidiabétiques, anti-obésité, des effets antifibrotiques, neuroprotecteurs et des activités insecticides et de lutte biologique ont été signalés. De plus, plusieurs endophytes Pénicillium spp. ont été caractérisés comme des biocatalyseurs, des promoteurs de croissance des plantes, des phytoremédiateurs et des producteurs d'enzymes. Nous espérons que cette revue résume l'état de la recherche sur ce genre et stimulera d'autres investigations.

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Criblage des composés

Procédure expérimentale et criblage d'inhibiteurs potentiels

Tous les dosages inhibiteurs de l'activité de phosphorylation de Yes ont été effectués conformément au Manuel technique Promega pour le dosage ADP-Glo™ Kinase (Fitchburg, WI, USA. Numéro de catalogue : V9102). Le recombinant humain Oui [a.a. 2-543 (fin)] a été acheté auprès de BPS Bioscience (numéro de catalogue : 40488). Les détails du protocole de dosage et les informations sur les réactifs sont donnés ailleurs 10 . Ici, nous décrivons brièvement le criblage des composés sur la base de l'activité d'inhibition et des résultats.

Le dépistage a été effectué en trois étapes consistant en le premier dépistage, le deuxième dépistage et l'IC50 détermination, comme l'illustre la figure 1b. Tout d'abord, nous avons déterminé les taux d'inhibition des 1 991 composés. Chaque composé a été placé dans 4 puits d'une plaque de 384 puits. Au total, 80 composés ont été dosés sur une plaque et les autres puits ont été utilisés pour les contrôles positifs et négatifs. Les composés ont été placés au hasard sur des plaques de sorte que les composés proposés par un groupe ne soient pas placés ensemble sur une plaque. Une moyenne de quatre taux d'inhibition pour chaque composé a été comparée aux critères du premier criblage. Ces critères comprenaient que le taux d'inhibition était supérieur à 25 % et le taux d'inhibition était supérieur à la moyenne plus trois fois l'écart type de la plaque sur laquelle le composé a été testé, où les taux d'inhibition observés des témoins positifs et négatifs n'étaient pas pris en considération. En conséquence, 68 composés ont réussi le criblage. Les informations sur les composés rejetés sont données dans le tableau S3 des informations complémentaires. Deuxièmement, les taux d'inhibition des composés criblés ont été déterminés sur une plaque en utilisant la même procédure que le premier criblage, où les composés ont été dissous à partir de poudre fraîche. En conséquence, 16 composés ont présenté des taux d'inhibition supérieurs au seuil du deuxième criblage (c'est-à-dire environ 50 %). Les informations sur les composés filtrés et abandonnés sont données dans le tableau S4 des informations à l'appui. Les composés criblés ont ensuite été évalués pour leur CI50 valeurs. La structure chimique et les résultats des dosages de ces composés sont donnés dans le tableau 2.

Parmi les 16 composés, 10 composés ont montré une CI50 moins que notre critère de succès, qui était un IC50 moins de 10 μmol L -1 , comme indiqué dans le tableau 2. Ces composés ont montré une relation dose-réponse (DRR) claire comme le montre la figure S1 des informations à l'appui. Quant aux Z1252403274 et Z275023406, qui ont montré un bon DRR, ils n'ont pas été définis comme des composés touchés en raison d'une puissance insuffisante. Les quatre autres composés, Z50080378, Z57745307, Z50080181 et Z1283491630, n'ont pas révélé de DRR, ayant une « activité d'inhibition » d'environ 50 % dans toute la gamme de concentrations, ce qui peut être dû à leurs interactions non spécifiques avec la cible liaison aux protéines, agrégation des protéines) ou problèmes liés à la solubilité. Pour ces raisons, ces composés ont été exclus de l'examen. Veuillez noter que nous avons confirmé que le seuil utilisé pour le deuxième dépistage était raisonnable, comme le montre la figure S2 des informations à l'appui.

Les 10 composés touchés ont été comparés aux filtres des composés interférentiels pan-assay (PAINS), les filtres A, B et C décrits dans la littérature 35 , ce qui suggère des groupes fonctionnels potentiels de frappeurs fréquents extraits des dosages HTS. Nous avons constaté que les 10 composés n'ont pas ces groupes fonctionnels potentiels. Cela signifie que tous les composés touchés sont prometteurs pour une enquête plus approfondie. Il convient de noter que certains composés touchés ont des chémotypes « discutables » d'un point de vue de la chimie médicinale, c'est-à-dire les hydrazones (Z49895016, Z57745314, Z57745304, Z295464022) et un accepteur de Michael potentiel (Z449737600), qui peuvent présenter un risque de réactivité/toxicité. . Dans la présente étude, nous ne les avons pas exclus car seuls les tests biochimiques, non cellulaires, ont été utilisés pour le dépistage dans cette étude. Cela diminue fortement le risque d'obtenir des faux positifs avec ces composés lors du dépistage primaire. L'accent a également été mis sur la prévention de la perte potentielle de tout échafaudage actif identifié par les groupes de calcul concurrents, plutôt que sur l'élimination précoce des séries chimiques moins souhaitables. La substitution des hydrazones par leurs isostères non réactifs lors de l'optimisation hit-to-lead est une entreprise de chimie médicinale réalisable, comme l'illustrent certaines publications de recherche 36,37,38. Nous discuterons plus en détail de ces composés contenant de l'hydrazone dans la section suivante. L'accepteur de Michael pourrait être substitué par un groupe amide entre un acide et une amine secondaire cyclique, pour conserver la rigidité moléculaire.


4 Analyse informatique des propriétés physicochimiques et structurelles des produits naturels

La chimiothérapie a joué un rôle clé dans la caractérisation des NP par leurs propriétés physico-chimiques et structurelles, et dans la comparaison des NP avec des médicaments à petites molécules, des composés apparentés aux médicaments et d'autres types de molécules (organiques). Les NP couvrent un espace chimique beaucoup plus large que les composés synthétiques et elles peuplent également des zones de l'espace chimique qui ne sont généralement pas (ou seulement avec de grandes difficultés) synthétiquement accessibles. 6, 8, 19, 57, 58 L'unicité structurelle (et la complexité) de certaines NP pourrait leur permettre de cibler des macromolécules qui ne seraient autrement pas ingérables. 16

Les NP sont en moyenne plus lourdes et plus hydrophobes que les drogues synthétiques et les composés synthétiques semblables à des drogues. 59 Leur complexité structurale est aussi souvent plus élevée, notamment en ce qui concerne la stéréochimie (généralement quantifiée par le nombre de centres chiraux, 57, 59-66 le nombre de fraction d'atomes Csp 3, 6, 8 et/ou le nombre d'atomes de tête de pont dans les systèmes annulaires 67 ) et la forme moléculaire 3D. 8, 68

Les NP présentent une énorme diversité de systèmes d'anneaux, en particulier de systèmes aliphatiques. 6, 8, 57, 63, 65 Une étude a montré que 83 % des échafaudages annulaires de noyaux de NP sont absents des bases de données de criblage disponibles dans le commerce. 69 En ce qui concerne la composition atomique, deux des caractéristiques les plus discriminantes des NP par rapport aux composés synthétiques sont le faible nombre (en moyenne) d'atomes d'azote et le nombre élevé d'atomes d'oxygène. 57, 59, 62-64 Néanmoins, une nette majorité des NP connues, et encore plus dans les bibliothèques de NP physiques, sont de type médicamenteux. 6

Les NP de différents règnes ont des propriétés physico-chimiques et structurelles distinctes. 66, 70-76 Par exemple, les NPs avec des macrocycles ou de longues chaînes aliphatiques sont plus communément associées aux espèces marines qu'aux espèces terrestres. 74 Les bactéries produisent également de nombreuses NP macrocycliques. 75 Leurs NP sont caractérisées par une forte proportion d'hétéroatomes et, en relation avec cela, une grande diversité de groupes fonctionnels. 76


Remerciements

Nous remercions Per Anders Enquist (Chemical Biology Consortium Sweden Umeå), Christa Testerink et Iko Koevoets (Wageningen University) pour leurs conseils. Kamaleddin Hajmohammadebrahimtehrani, Colin Snoeker, Jan Orsel et Lennert Zorn (Université d'Utrecht) sont remerciés pour leur assistance technique. Ce travail a été soutenu par la bourse Graduateschool Uitgangsmaterialen NWO # 831.13.002 à LvdW et MvZ par l'Organisation néerlandaise pour la recherche scientifique (NWO), une subvention d'accès aux installations et de soutien pour les projets de génomique chimique à LvdW et MvZ des laboratoires de biologie chimique (chimie Biology Consortium Sweden Umeå), Umeå, Suède, une subvention de placement Erasmus à LvdW, une subvention de démarrage du Conseil européen de la recherche (ERC) n° 258413 à MK, Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) subvention INST 20876/127-1 FUGG à MK et un consolideur ERC accorde 616449 et BBSRC accorde BB/R017913/1 et BB/S003193/1 à RH. KL reconnaît le soutien de la Fondation suédoise pour la recherche stratégique (VINNOVA), du Conseil suédois de la recherche (VR), du Centre suédois de métabolomique pour l'utilisation de l'instrumentation et de la Fondation Knut et Alice Wallenberg (KAW). ON a été soutenu financièrement par le ministère de l'Éducation, de la Jeunesse et des Sports de la République tchèque à travers le projet du Fonds européen de développement régional « Les plantes en tant qu'outil pour un développement mondial durable » (CZ.02.1.01/0.0/0.0/16_019/0000827).


Discussion

Les stratégies efficaces de contrôle et de traitement du paludisme reposent actuellement sur la disponibilité de médicaments antipaludiques efficaces. L'émergence d'une résistance à la famille de médicaments d'importance critique de l'artémisinine [7-9] met en évidence le besoin de nouveaux médicaments pour s'associer et remplacer les thérapies actuelles, et de nouvelles stratégies de développement de médicaments. Des médicaments qui ciblent l'invasion des mérozoïtes ont été proposés comme une nouvelle stratégie pour le développement antipaludique [11-14]. Nous avons appliqué des méthodes robustes pour la purification de P. falciparum mérozoïtes et tests d'invasion [13, 18] pour dépister les inhibiteurs de l'invasion des mérozoïtes. L'antibiotique azithromycine et les composés apparentés ont été identifiés comme des inhibiteurs rapides de P. falciparum invasion des mérozoïtes dans les érythrocytes. C'est la première fois qu'un antipaludique en usage clinique est associé à l'inhibition de l'invasion des mérozoïtes in vitro, et la première identification claire de composés antipaludiques avec un double mécanisme d'action contre l'invasion des mérozoïtes et le développement de parasites intra-érythrocytaires. La microscopie vidéo en direct a révélé que l'azithromycine agit pour empêcher l'étape essentielle de la formation de jonctions serrées pendant l'invasion. De plus, l'activité inhibitrice de l'azithromycine a été en grande partie supprimée par l'élimination sélective des groupes glycanes, et nous avons identifié des macrolides modifiés avec une puissance accrue contre l'invasion des mérozoïtes.

L'azithromycine est un antibiotique macrolide avec un cycle macrolactone à 15 chaînons qui est bien toléré et sans danger pour une utilisation clinique par les enfants et les femmes enceintes [28]. L'azithromycine et les macrolides apparentés sont connus pour inhiber la synthèse des protéines ribosomiques dans l'apicoplaste du parasite au stade asexué en se liant à la sous-unité 50S du complexe ribosomique apicoplaste (70S) [49, 50]. En règle générale, les concentrations cliniques d'azithromycine basées sur les schémas posologiques actuels entraînent une « mort retardée » du parasite dans in vitro dosages. La descendance des parasites traités à l'azithromycine ne parvient pas à former des apicoplastes fonctionnels dans les mérozoïtes filles, provoquant ainsi la mort de la deuxième génération de parasites après traitement [31, 32]. L'azithromycine a été considérée comme un candidat pour l'inclusion dans les thérapies combinées à base d'artémisinine (ACT) et pour la prévention du paludisme pendant la grossesse [51] en raison de sa sécurité et de sa longue demi-vie (supérieure à 50 heures) [25, 27, 29].

En plus de son effet de « mort retardée » sur la croissance des parasites, il a été rapporté que l'azithromycine tue les parasites au cours du premier cycle de in vitro croissance du parasite à une concentration de médicament juste au-dessus des concentrations plasmatiques maximales signalées [29, 32]. Il a été supposé que l'inhibition de la croissance du parasite au cours du premier cycle de traitement est le résultat de l'azithromycine ayant une cible secondaire en plus du ribosome apicoplaste [32, 41]. Compte tenu de l'inhibition de la croissance via la «mort retardée» ciblant les apicoplastes, elle est environ 150 fois plus puissante que celle obtenue pour une inhibition de la croissance à 1 cycle in vitro, on pense que l'azithromycine agit principalement en ciblant l'apicoplaste lorsqu'elle est utilisée en clinique. En raison du profil d'innocuité de l'azithromycine, plusieurs études ont étudié des modifications du médicament en vue d'abaisser la CI50 de traitement à court terme (1 cycle de croissance) jusqu'à la gamme nanomolaire basse [42-44]. Pourtant, malgré cet intérêt pour l'azithromycine, la cible de l'inhibition du médicament au cours du premier cycle de croissance est inconnue, et le potentiel de ce nouveau mécanisme d'action en tant que traitement clinique reste incertain.

Plusieurs éléments de preuve indiquent que l'azithromycine a un mécanisme secondaire et une ou plusieurs cibles d'action pour inhiber l'invasion, en plus de se lier à la sous-unité ribosomique apicoplaste 50S comme décrit pour le phénotype de « mort retardée » [31, 32]. La clindamycine, un antibiotique plus petit et structurellement non apparenté qui a des sites de liaison à l'azithromycine qui se chevauchent sur le ribosome apicoplaste [39], ainsi qu'un mode d'action identique, avait très peu d'activité inhibitrice d'invasion. La sélection d'une lignée D10 pour la résistance (sensibilité réduite de 57 fois) à l'azithromycine dans les tests de « mort retardée » en 2 cycles n'a pas entraîné une augmentation similaire de la résistance aux tests d'inhibition de l'invasion de l'azithromycine par rapport à un D10 parental (« mort retardée » sensible). La comparaison de l'azithromycine et de ses analogues modifiés (1j, 12e) a montré que les modifications augmentant la puissance de ces analogues par rapport à l'azithromycine dans l'inhibition de l'invasion, dans les essais de cycle (40 heures) et 1 cycle (90 heures) n'augmentaient pas sensiblement la puissance des composés sur 2 cycles d'essais de « mort retardée », suggérant que le mécanisme de l'augmentation de l'activité inhibitrice était indépendant de l'activité anti-ribosomique.

L'inhibition quasi instantanée de l'invasion des mérozoïtes causée par l'azithromycine suggère également que ce médicament peut tuer rapidement les parasites par un mécanisme d'action secondaire. L'inhibition typique de la « mort retardée » par les antibiotiques macrolides entraîne la perte de la fonctionnalité apicoplaste [31, 32], ce qui entraîne alors la perte de la biosynthèse des précurseurs isoprénoïdes, la seule fonction essentielle de l'apicoplaste au cours du développement au stade sanguin [33]. Les longs délais requis pour l'inhibition de la traduction des apicoplastes et la «mort retardée» résultante causée par les antibiotiques macrolides contrastent de manière frappante avec l'inhibition très rapide de l'invasion des mérozoïtes à des concentrations de médicament plus élevées. De plus, l'élimination de l'apicoplaste dans les expériences de Yeh et al. [33] n'a pas été signalé comme ayant entraîné un défaut d'invasion.Combinées, les preuves disponibles suggèrent qu'il est très peu probable que l'apicoplaste joue un rôle encore non défini dans l'invasion des mérozoïtes et implique un mécanisme d'action secondaire de l'azithromycine contre les mérozoïtes envahissants. Que le mécanisme de l'inhibition de l'invasion et de l'inhibition de la croissance du parasite au stade asexué intracellulaire (dans un cycle en l'absence d'inhibition de l'invasion) soit le même reste à élucider. Cependant, l'IC similaire50 les valeurs observées pour les deux phénotypes inhibiteurs soulèvent la possibilité intrigante que ce mécanisme d'action secondaire puisse être ciblé tout au long de la maladie, provoquant le stade sanguin de P. falciparum paludisme.

La capacité de l'azithromycine à inhiber rapidement l'invasion des mérozoïtes, en plus du mécanisme d'action de « mort retardée » ciblant les apicoplastes, est une perspective passionnante pour le développement de médicaments à base de macrolides dans les thérapies combinées. Cette double modalité pourrait permettre à l'azithromycine d'aider à éliminer rapidement les parasites et à offrir un traitement à plus long terme des parasites sanguins et hépatiques restants à faible niveau grâce à son activité contre l'apicoplaste. Une telle stratégie de traitement médicamenteux a le potentiel d'augmenter l'efficacité des médicaments, tout en réduisant les risques de développement de résistance.

Bien que le in vitro l'activité inhibitrice de l'invasion des mérozoïtes de l'azithromycine nécessite des concentrations médicamenteuses à l'extrémité supérieure de ce qui est atteint cliniquement [29, 32], nous démontrons que la modification des macrolides peut conduire à une amélioration substantielle de l'activité inhibitrice de l'invasion, ce qui suggère que des macrolides inhibiteurs de l'invasion pourraient être développés comme thérapeutique. Ajout d'un sucre L-mégosamine à l'érythromycine A par un in vivo processus de fermentation [41] a produit un composé avec une activité inhibitrice d'invasion 32 fois supérieure à celle de l'érythromycine A mère.50 jusqu'à 5 fois. Les dérivés d'azithromycine n'ont été testés que lorsqu'ils étaient solubilisés dans du DMSO en raison des limitations de la quantité de matériel disponible. Il est important de noter que l'utilisation de DMSO comme véhicule pour la solubilisation a réduit la puissance du composé parent azithromycine de 4 fois par rapport à l'éthanol comme véhicule. Si cette observation était vraie pour les dérivés, l'IC inhibiteur d'invasion50 du composé 1j (5) [44] serait de l'ordre de 1 à 2 M.

L'IC inhibiteur d'invasion50 d'azithromycine (10 M) et analogues (1j, 7 M 12e, 15 M) est comparable à celle obtenue pour les inhibiteurs qui ciblent spécifiquement la fonction des protéines essentielles des mérozoïtes. Deux études de preuve de concept récentes ont identifié des composés inhibiteurs d'invasion de petites molécules ciblant les interactions entre les ligands d'invasion essentiels RON4-AMA1 (intervalle d'inhibition 30-6 M) et MSP1-19 (inhibition de la réplication 21,7 M) [12, 14], et ont signalé une invasion IC inhibiteur50 valeurs très proches de celles de l'azithromycine et de ses analogues. Un autre inhibiteur d'invasion hautement sélectif, l'inhibiteur peptidique R1 spécifique de 3D7-AMA1 [52], possède un IC inhibiteur d'invasion.50 de 2,5 M dans des dosages utilisant des mérozoïtes purifiés [18]. L'azithromycine, avec une modification minimale, peut rapidement inhiber l'invasion des mérozoïtes à des concentrations comparables à certains des inhibiteurs d'invasion les meilleurs et les plus sélectifs disponibles pour le développement de médicaments et la recherche. Les améliorations encourageantes évidentes dans l'activité inhibitrice d'invasion de l'azithromycine à partir d'un petit panel de dérivés, combinées à l'innocuité et à l'efficacité prouvées des macrolides, soutiennent le potentiel de développement de tels composés en tant que thérapeutiques.

L'élimination des groupes glycanes de l'azithromycine a permis de mieux comprendre les exigences structurelles de l'activité inhibitrice de l'invasion. L'élimination du sucre cladinosyle a entraîné une réduction de 5 fois de l'activité inhibitrice d'invasion. Étonnamment, l'élimination des deux sucres a entraîné une perte complète de l'activité inhibitrice de l'invasion, ce qui suggère fortement que le sucre désosamine, plutôt que le cladinosyl, est essentiel pour l'activité inhibitrice de l'invasion. Il est intéressant de noter que le sucre désosamine est également considéré comme le groupe glycosylé critique dans la liaison des macrolides aux ribosomes microbiens [39] avec des antibiotiques macrolides utilisés en clinique tels que la télithromycine, ayant complètement supprimé le groupe cladinosyle. Le criblage d'un plus grand nombre de macrolides et d'analogues modifiés aidera à en identifier d'autres avec une plus grande puissance et permettra d'évaluer les modifications et les groupes les plus importants pour l'activité.

Le fait que l'azithromycine inhibe l'invasion de l'hôte par Plasmodium mérozoïtes (du paludisme humain et rongeur) et T. gondii Les parasites tachyzoïtes suggèrent que la cible de l'inhibition est partagée entre certains stades invasifs des apicomplexes. Le fait que la puissance de l'azithromycine contre P. falciparum (humain) et P. berghei Le paludisme (des rongeurs) était très similaire soulève la possibilité que le ciblage de cette voie pourrait être une stratégie efficace pour traiter d'autres espèces de paludisme. Les résultats de la T. gondii les tests d'invasion suggèrent que l'invasion des cellules hôtes de ce parasite apicomplexe plus éloigné peut également être ciblée par l'azithromycine, bien qu'à des concentrations plus élevées. Il est important de noter que l'analogue 12e avait une puissance inhibitrice d'invasion égale ou supérieure à celle de l'azithromycine (dans l'éthanol ou le DMSO, respectivement) lorsqu'il était testé à une concentration 6 fois inférieure. Cela suggère fortement que des analogues de l'azithromycine pourraient être développés avec une activité inhibitrice supérieure contre l'invasion des tachyzoïtes et confirme que l'activité inhibitrice d'invasion de l'azithromycine et de ses analogues est partagée par des parasites apicomplexes éloignés.

Les antibiotiques macrolides ont été liés à des mécanismes d'action autres que la liaison aux ribosomes microbiens, y compris l'interférence avec les mécanismes de signalisation intracellulaires tels que Ca 2+ et MAPK par un mécanisme encore non défini (examiné dans [53]). On pense que la signalisation intracellulaire du Ca 2+ joue un rôle important dans l'invasion (revue dans [54]), de sorte que l'interférence avec ce mécanisme par les antibiotiques macrolides pourrait contribuer à l'inhibition de l'invasion. Il a également été démontré que les antibiotiques macrolides se lient aux bicouches phospholipidiques chargées négativement et interfèrent avec la fonction membranaire normale [55, 56]. Curieusement, l'activité relative des macrolides semble être en partie liée au nombre de groupes cationiques présents sur le macrolide.


Fond

Le maïs, l'une des trois principales cultures vivrières au monde, est largement consommé. Cependant, la surface utilisable pour la culture du maïs diminue progressivement chaque année. Face au conflit, la principale solution est d'améliorer le rendement par unité de surface, ce qui peut être réalisé en cultivant de nouvelles variétés, en augmentant la densité de plantation et en améliorant les conditions de culture. Parmi ces approches, le plus simple est d'augmenter la densité de plantation, mais cela pose le problème de la verse. Réduire modérément la hauteur des plants est une stratégie efficace pour améliorer la résistance à la verse du maïs cultivé à haute densité. Pendant ce temps, les fortes pluies et les vents violents conduisent directement à l'inondation ou à la retombée des plants de maïs. La verse entraîne de multiples impacts négatifs, notamment une réduction du rendement de 15 à 18 %, une maturation plus tardive, une réduction de la qualité, des difficultés de récolte, une aggravation des maladies, des ravageurs et des rats [66, 106].

La hauteur de la plante est généralement positivement corrélée avec le taux de verse. L'étude du mécanisme de croissance et de la régulation de la hauteur des plantes du maïs a une grande importance pour améliorer la tolérance à la verse [107]. La hauteur de la plante du maïs est principalement déterminée par le nombre et la longueur des entre-nœuds, en particulier les 7ème à 9ème entre-nœuds, qui sont l'occurrence habituelle de la verse des tiges pour le maïs [68]. L'entre-nœud peut être divisé en trois parties pendant la phase d'élongation, y compris la région du méristème, la région d'élongation et la région fixe [120].

L'extrémité inférieure de l'entre-nœud allongé est le méristème, la région où la division cellulaire est active. La région d'élongation est située au-dessus du méristème, où l'expansion cellulaire et les parois cellulaires primaires se sont formées [51, 95]. La région fixe, également connue sous le nom de région de maturation, est située à l'extrémité supérieure de l'entre-nœud, dans laquelle la croissance prolongée des cellules est arrêtée et le dépôt de la paroi secondaire est le processus principal [51]. L'activité des gènes est étroitement associée à des processus biologiques spécifiques dans ces trois régions types. Il a été montré que les gènes, qui étaient liés à la gibbérelline (GA) et à l'auxine, s'exprimaient principalement dans la région d'élongation des entre-nœuds, tels que nain1, nain3 et brachytique2 [12, 54, 102]. Et NAC et GOUJAT les gènes impliqués dans la régulation de la synthèse de la paroi cellulaire secondaire sont principalement exprimés dans des régions fixes [15, 39]. Néanmoins, les informations sur les différences transcriptionnelles entre méristème, élongation et régions fixes sont loin d'être claires.

Il a été démontré que les gènes liés à de nombreuses hormones sont impliqués dans la hauteur de la plante, tels que les gènes participant aux voies de biosynthèse, de transport et de signalisation de l'AG et de l'acide jasmonique (JA) [16, 55, 97]. Certains gènes affectent la hauteur de la plante en régulant la synthèse et la transduction de GA, tels que nain1, nain3, GA20oxs, GA3oxs, CPS, plante naine 8 et plante naine 9 [7, 73, 81, 83, 101, 102, 108]. JA affecte la hauteur de la plante principalement via une interaction complexe de phytohormones avec GA et l'auxine. Des études ont montré que l'AJ peut affecter la formation et la distribution de l'auxine en induisant la ASA1 l'expression et la régulation des PIN et PLETHORA [98], affectant ainsi l'élongation cellulaire. De plus, les DELLA, facteur de régulation inverse du signal GA, peuvent interagir avec la voie JA pour coordonner la croissance normale et la défense contre les stress biotiques [110]. Par conséquent, les phytohormones sont d'une grande importance pour contrôler le développement des entre-nœuds. Cependant, le coût de production élevé et l'instabilité de la structure moléculaire dans l'environnement in vitro rendent l'application directe de phytohormones très difficile en termes de rendement. Les régulateurs de croissance des plantes, composés aux effets similaires aux phytohormones, surmontent ces difficultés [105, 112]. Actuellement, le principal composant des régulateurs de croissance des plantes utilisés en agriculture est le chlorure de 1,1-diméthyl-pipéridinium (DPC) ou l'éthéphon [70, 121]. Cependant, le maïs n'est pas sensible au DPC et l'éthéphon diminue le rendement en grains du maïs [52, 71]. Avec l'augmentation de la densité de plantation et du niveau de mécanisation, un nouveau régulateur de croissance des plantes plus efficace et plus sûr est nécessaire de toute urgence.

Coronatine (COR), sécrétée par Pseudomonas syingae pathovars, est une phytotoxine [46, 50, 76], avec une fonction similaire à celle de JA [36, 115]. Il a été montré que le COR est un analogue de JA [100], et est 1000 fois plus actif que les JA [93]. Le COR peut entraîner des effets indésirables pour les plantes, tels que la chlorose des feuilles et des symptômes de maladie [94]. Cependant, le COR de faibles concentrations peut augmenter la résistance au stress abiotique [40, 104, 124]. À l'heure actuelle, le COR peut être produit par fermentation microbienne et présente les avantages d'une pollution environnementale et de résidus chimiques plus faibles. Par conséquent, en tant que nouveau régulateur de croissance des plantes respectueux de l'environnement, le COR devrait être largement utilisé en agriculture. Des recherches antérieures ont montré que le COR peut inhiber l'allongement de la racine de maïs, de l'hypocotyle et des mésocotyles [62]. Nos études précédentes ont montré que le COR avait un certain effet sur la réduction de la hauteur des plantes [85, 99], tandis que le mécanisme moléculaire du COR dans la réduction de la hauteur des plantes de maïs n'est pas bien connu.

Dans notre étude, la hauteur des plants de ZD958 et XY335, deux hybrides de maïs cultivés à l'état sauvage, pourrait être significativement diminuée sous traitement COR en réduisant la longueur des entre-nœuds et ainsi améliorer la résistance à la verse. Pour rechercher l'expression différente du gène sous-jacent qui détermine les réponses de l'entre-nœud au COR, un transcriptome spatio-temporel de l'entre-nœud consanguin B73 a été produit sous contrôle et traitement COR, contenant les régions de maturation, de méristème et d'élongation de l'entre-nœud. Les différences dans les niveaux de transcription des trois régions dans des conditions normales ont été affichées puis comparées à celles du traitement COR. Au total, 8605 gènes sensibles au COR (COR-RG) ont été signalés, et les gènes spécifiques aux entre-nœuds représentaient 9,3 % (802 gènes). Pour ces COR-RG, 614, 870, 2123 d'entre eux ont montré des changements d'expression uniquement dans les régions fixes, méristémiques et d'élongation, respectivement. L'analyse d'enrichissement de l'ontologie génique a indiqué que différents gènes dans les trois régions contrôlent leur croissance. De plus, nous avons constaté que 84 % des gènes liés à l'AG et 80 % des gènes liés à l'AJ étaient significativement affectés par le traitement COR. En résumé, la carte d'expression différentielle de la réponse d'expression génique dans l'entre-nœud à COR fournit un support théorique pour une étude future du mécanisme moléculaire de la hauteur des plantes diminuée par COR.


Remerciements

Nous tenons à remercier nos nombreux collègues et collaborateurs qui ont travaillé avec nous sur les inhibiteurs de PI3K. Nous remercions le Dr Swen Hoelder pour avoir suggéré l'analogie du Rubik's cube et le professeur Keith Jones pour son aide avec les figures 1 et 2. Nous remercions Val Cornwell pour son aide dans la préparation du manuscrit et Ann Ford pour son soutien administratif. Nous nous excusons auprès des auteurs de nombreux excellents rapports qui n'ont pas pu être cités en raison des restrictions d'espace.

Soutien de la subvention : Le programme Cancer Research UK accorde le numéro C309/A8274 et le financement du National Health Service au National Institute for Health Biomedical Research Centre. Paul Workman est membre de Cancer Research UK Life Fellow.


Voir la vidéo: Vuorenkylä-elokuva, OSA 2:Talkoot, kylätoiminta, tapahtumat. Kylälehti ja kyläkirja. (Janvier 2022).