5 تقنيات يمكن أن تحارب المقاومة المضادة للميكروبات.

كان من السهل علاج الأنفلونزا والحصبة والالتهاب الرئوي وغيرها من الالتهابات الميكروبية مع الأدوية المضادة للمضادات الحيوية ومضادات الفطريات ومضادة للفيروسات. أصبحت الظروف أكثر مقاومة للعقاقير ، ومع ذلك ، فإن زيادة فرص النتائج المميتة الناجمة عن الالتهابات البكتيرية والفيروسية والفطرية والطفيلية. تسببت مقاومة مضادات الميكروبات (AMR) في أكثر من مليون وفاة في عام 2021 ، وفقًا لتقرير عام 2024 المنشور في لانسيت. أعلنت منظمة الصحة العالمية في عام 2023 أن AMR أصبحت تهديدًا عالميًا كبيرًا للصحة.

يمكن إلقاء اللوم على AMR على عدد من الأشياء بما في ذلك الإفراط في استخدام المضادات الحيوية في الأشخاص والحيوانات والنباتات ؛ عدم كفاية الصرف الصحي. ونقص الأدوية الجديدة. تشمل العوامل الأخرى تدابير الوقاية غير الفعالة وندرة الأدوات الجديدة للكشف عن الالتهابات.

لمناقشة كيف يمكن أن تساعد التكنولوجيا في منع انتشار AMR ، عقد تحالف الرؤية الهندسية لعملية الرؤية حدثًا لمدة يومين العام الماضي ، وجذب أكثر من 50 باحثًا وقادة الصناعة وصانعي السياسات. تحدد ERVA ، التي تمولها مؤسسة العلوم الوطنية الأمريكية ، المجالات التي تلبي الاحتياجات الوطنية والعالمية التي يجب على أي أطراف تمول أبحاثها – الشركات ، والوكالات الحكومية ، والمؤسسات -. يحتوي التحالف على أكثر من 20 شريكًا تابعًا بما في ذلك IEEE.

تقول أنيتا شوكلا ، التي ترأس حدث فبراير 2024: “لا يتعلق ERVA بالضرورة إيجاد حل غدًا”. “يتعلق الأمر بإنشاء اتجاهات بحثية طويلة الأجل قد تساعد في تقليل المشكلات أو التخفيف منها أو القضاء عليها على المدى الطويل. نحن نمكّن البحث أو الأفكار للبحث.”

تقوم Shukla ، أستاذ الهندسة في جامعة براون ، في بروفيدنس ، RI ، بالبحث في المواد الحيوية للتطبيقات في توصيل الأدوية ، بما في ذلك علاج الالتهابات البكتيرية والفطرية.

أصدر التحالف مؤخرًا “الفرص الهندسية لمكافحة المقاومة المضادة للميكروبات.” حدد التقرير خمسة تحديات كبيرة للباحثين: أجهزة الاستشعار البيولوجية التشخيصية والأجهزة القابلة للارتداء ، والأسطح المضادة للميكروبات المهندسة ، والمواد الحيوية الذكية ، وهندسة الخلايا ، ونماذج النمذجة المتقدمة.

أجهزة الاستشعار الحيوية لتسريع الكشف

يقول التقرير إن هناك حاجة إلى أدوات تشخيصية أسرع وأكثر دقة وأقل تكلفة وأقل تكلفة للكشف عن الالتهابات بشكل أفضل. إنه يشير إلى تطوير أجهزة الاستشعار البيولوجية التشخيصية ، والتي يمكن أن تكتشف مكونات محددة من مسببات الأمراض داخل عينة. يمكن أن يقوم المستشعرات الحيوية بجمع العينة من المريض بطريقة أدنى أو غير موسعة ، وفقًا للتقرير.

الطريقة التقليدية لمعرفة ما إذا كان لدى شخص ما عدوى هو جمع عينات من خلاياه أو الأنسجة أو الدم أو المخاط أو غيرها من السوائل الجسدية وإرسالها إلى مختبر للتحليل. اعتمادًا على نوع العدوى والاختبار ، قد يستغرق الأمر بضعة أيام للحصول على النتائج.

اقترح التحالف تطوير أجهزة استشعار تشخيصية يمكنها اكتشاف البكتيريا والفيروسات والفطريات ومسببات الأمراض الطفيلية داخل العينة في الموقع. يقول التقرير: يجب أن يتم تقديم النتائج بسرعة – في بضع ساعات أو أقل ، من أجل تقليل انتشار العدوى ، وتقليل وقت الاسترداد للمرضى ، وخفض تكاليف الرعاية الصحية.

ولكن أولاً ، هناك حاجة إلى البحث لتطوير المستشعرات الحيوية التي يمكنها اكتشاف مستويات منخفضة من المؤشرات الحيوية المرتبطة بالعدوى من عينات المرضى ، كما يقول التقرير. المؤشر الحيوي هو مؤشر قابل للقياس ، مثل الجين ، يمكنه توفير معلومات حول صحة الشخص. قد يستغرق الأمر حاليًا عدة أيام إلى أسابيع حتى يتم اكتشاف الجهاز المناعي للشخص ، مما يؤدي إلى تأخير التشخيص.

“أعتقد أن أعضاء IEEE لديهم مجموعة المهارات المناسبة ويمكن أن تحدث فرقًا كبيرًا إذا كانوا ، إلى جانب المهندسين الآخرين ، يعملون معًا لحل هذه المشكلة المعقدة للغاية.” —انيتا شوكلا ، أستاذ الهندسة في جامعة براون ، في بروفيدنس ، ري

يدعو المؤلفون إلى المهندسين والأطباء وعلماء الأحياء الدقيقة للتعاون في إنشاء الأجهزة وتصميمها للاستخدام في الإعدادات السريرية.

يقول التقرير إن التطورات يمكن دمجها في الأجهزة الذكية الحالية ، أو يمكن تصميم جدد جديدة خاصة بالعدوى.

إن هناك مجالًا آخر يجب استكشافه ، كما يقول ، وهو تطوير أجهزة يمكن ارتداؤها للسماح للمرضى بتشخيص أنفسهم بدقة.

يقول شوكلا: “المهندسون ، وخاصة المهندسين الكهربائيين الذين لديهم الكثير من المعرفة حول تصميم المستشعر الحيوي المختلفة والتقنيات القابلة للارتداء ، هم الأفراد الذين يحتاجون إلى الابتكار في هذا المجال وإنتاج هذه التقنيات”.

أسطح أنظف لوقف انتشار الجراثيم

تنشر العدوى التي تنتشر من الأسطح الملوثة بالبكتيريا بما في ذلك أسرّة المستشفيات والمعدات الطبية وأبواب الأبواب والمكاتب. بغض النظر عن مدى ارتباط بروتوكولات المستشفى الصارمة بالتعقيم والصرف الصحي والتطهير ، تعلق البكتيريا على معظم الأشياء. يشير تقرير ERVA إلى أن أكثر من 90 في المائة من الستائر التي تستخدمها المستشفيات للخصوصية بين المرضى في الغرف المشتركة تلوث بعد أسبوع واحد.

يقول المؤلفون أنه من الضروري تطوير أسطح مضادة للميكروبات يمكن أن تقتل مسببات الأمراض البكتيرية والفطرية عند الاتصال. هناك حاجة أيضًا إلى مواد تطلق عوامل مضادة للميكروبات عند لمسها ، بما في ذلك المعادن والبوليمرات والمركبات.

يقول شوكلا إن الأسطح المضادة للميكروبات الجديدة المهندسة يجب أن تكون متينة بما يكفي لتحمل طرق الصرف الصحي والتعقيم المستخدمة في المستشفيات وغيرها من البيئات السريرية.

وتضيف ، تشمل المدارس ومباني المكاتب.

مواد أكثر ذكاءً لتقديم الأدوية

لا تتطور التقرير بشكل مباشر بما يكفي للتحكم في كمية الأدوية التي يطلقونها ، وفقًا للتقرير ، الضمادات وغيرها من أساليب توصيل الأدوية القائمة على المواد الحيوية المستخدمة اليوم لتسليم المضادات الحيوية مباشرة إلى موقع العدوى المحتملة بما يكفي للتحكم في كمية الأدوية التي يفرج عنها ، وفقًا للتقرير.

يمكن أن يؤدي ذلك إلى الإفراط في استخدام الدواء ويمكن أن يؤدي إلى تفاقم AMR ، كما يقول التقرير.

يقول المؤلفون إن أنظمة التسليم القائمة على المواد الحيوية الأكثر ذكاءً والتي تصدر مضادات الميكروبات هي مجال أبحاث عاجل. جزيئات النانو والمجهري والمواد الهلامية البوليمرية التي لا يمكن أن تطلق الأدوية إلا عند وجود عدوى بكتيرية توجد أمثلة قليلة في التقرير.

يقول شوكلا: “هذه مواد يمكن أن تطلق العلاجات عند الطلب”. “أنت تعرض العدوى للعلاج فقط عند الحاجة حتى لا تقدم المزيد من الدواء [than required]- والتي من المحتمل أن تسريع تطور المقاومة “.

يقول التقرير إن المواد يجب أن تحتوي أيضًا على مكونات تشعر بوجود البكتيريا أو الفطريات والإشارة إلى ما إذا كان الجهاز المناعي للمريض يحارب النشاط في العدوى. من شأن وجود الجرثومة أن يؤدي إلى مضادات حيوية مغلفة أو مضادة للفطريات ليتم إطلاقها في موقع العدوى.

هناك فرصة للمهندسين الكهربائيين لتطوير مكونات سيتم دمجها في المواد الذكية والاستجابة للحقول الكهربائية لإطلاق سراح المخدرات أو المساعدة في اكتشاف العدوى ، كما يقول شوكلا.

الهندسة الخلوية خالية من المخدرات

يقول شوكلا إن هناك مجالًا آخر يمكن للمهندسين الكهربائيين أن يلعبوا دورًا كبيرًا ، ويتضمن الخلايا المناعية. بديل محتمل للمضادات الحيوية ، يمكن أن تعزز خلايا الدم البيضاء المصممة هندسة الاستجابة الطبيعية للجسم لمحاربة الالتهابات ، وفقًا للتقرير. مثل هذا النهج الخالي من الأدوية يتطلب تقدمًا في الهندسة الخلوية ، بالإضافة إلى فهم أفضل للخلايا المعالجة وراثياً.

بالنسبة للأشخاص الذين يعانون من الالتهابات المستمرة ، من المهم دراسة التفاعلات طويلة المدى بين الخلايا المناعية المهندسة والبكتيريا ، كما يقول التقرير. يمكن أن تساعد البحث في إنشاء الميكروبات المهندسة مع نشاط مضادات الميكروبات في تقليل استخدام المضادات الحيوية وقد تمنع الالتهابات.

استخدام النمذجة المتقدمة لتطوير أدوية جديدة

يقول التحالف إن هناك حاجة إلى بحث كبير لتطوير النمذجة الحسابية. يمكن استخدام هذه التكنولوجيا لتطوير نماذج العدوى البكتيرية المعقدة بسرعة لتقييم فعالية الأدوية والعلاجات المضادة للميكروبات الجديدة.

يقول شوكلا: “تتمتع النمذجة بفرصة لتسريع تطوير أدوية جديدة وربما تتنبأ بنتائج العلاجات الجديدة ، كل ذلك بطريقة أقل تكلفة وأقل عرضة للتغير الذي يحدث غالبًا مع الاختبارات القائمة على المختبر”.

وتضيف أن الأدوات المستندة إلى الذكاء الاصطناعي تستخدم بالفعل للتنبؤ أو تطوير العلاجات المحتملة ، ولكن لا تزال هناك حاجة إلى خوارزميات ونهج جديدة.

يقول شوكلا: “أعتقد أن أعضاء IEEE لديهم مجموعة المهارات المناسبة ويمكنهم إحداث فرق كبير إذا كانوا ، إلى جانب المهندسين الآخرين ، يعملون معًا لحل هذه المشكلة المعقدة للغاية في AMR”. “الأشخاص الذين يعملون في صوامع يمثل مشكلة. إذا استطعنا جعل الأشخاص يعملون معًا لمعالجة هذه المشكلة حقًا ، فهذه هي الطريقة التي سيتم حل AMR”.

يمكنك مشاهدة Shukla مناقشة نتائج حدث الرؤية في هذا الندوة عبر الإنترنت ، التي تم إنتاجها في 27 مارس.