독감, 홍역, 폐렴 및 기타 미생물 감염은 한 번 항생제, 항진균 및 항 바이러스 약물로 치료하기 쉽습니다. 그러나이 상태는 약물에 더 강해졌지만 박테리아, 바이러스, 곰팡이 및 기생충 감염으로 인한 치명적인 결과의 가능성이 높아집니다. 항균성 저항 (AMR)이 더 많이 발생했습니다 백만 사망 2024 년에 발표 된 2024 년 보고서에 따르면 Lancet. 그만큼 세계보건기구 2023 년에 선언했다 AMR은 세계 주요 건강 위협이되었습니다.
AMR은 사람, 동물 및 식물에서 항생제의 과도한 사용을 포함하여 많은 것들에 대해 비난받을 수 있습니다. 부적절한 위생; 그리고 새로운 약물의 부족. 다른 요인으로는 비효율적 인 예방 조치와 감염을 감지하기위한 새로운 도구가 부족합니다.
기술이 AMR의 확산을 예방하는 데 어떻게 도움이 될 수 있는지 논의하기 위해 엔지니어링 연구 비전 동맹 작년 이틀간의 행사를 개최하여 50 명 이상의 연구원, 업계 리더 및 정책 입안자를 유치했습니다. 미국이 자금을 지원하는 Erva 국립 과학 재단국내 및 글로벌 요구를 해결하는 영역을 식별합니다. 연구에 자금을 지원하는 모든 당사자 (회사, 정부 기관 및 재단)가 고려해야합니다. 동맹에는 20 이상이 있습니다 제휴 파트너 포함 IEEE.
“Erva는 반드시 내일 해결책을 찾는 것은 아닙니다.”라고 말합니다. 아니타 슈 클라2024 년 2 월 행사의 의장. “이것은 장기적으로 문제를 최소화, 완화 또는 근절하는 데 도움이 될 수있는 장기적인 연구 방향을 만드는 것입니다. 우리는 연구를위한 연구 나 아이디어를 가능하게합니다.”
Shukla, 공학 교수 브라운 대학교프로비던스, RI에서 박테리아 및 곰팡이 감염의 치료를 포함하여 약물 전달의 적용에 대한 생체 재료를 연구합니다.
Alliance는 최근에“항균성 내성에 맞서기위한 엔지니어링 기회.” 이 보고서는 연구원들에게 5 가지 대도상 도전을 확인했습니다. 진단 바이오 센서 및 웨어러블조작 된 항균 표면, 스마트 생체 물질, 세포 공학 및 고급 모델링 접근법.
감지 속도를 높이는 바이오 센서
감염을 더 잘 감지하려면 더 빠르고 정확하며 저렴한 진단 도구와 웨어러블이 필요하다고 보고서는 밝혔다. 그것은 샘플 내에서 병원체의 특정 성분을 감지 할 수있는 진단 바이오 센서의 개발을 시사한다. 보고서에 따르면 바이오 센서는 최소한의 비 침습적 방식으로 환자로부터 샘플을 수집 할 수있다.
누군가가 감염된 지 알아내는 전통적인 방법은 세포, 조직, 혈액, 점액 또는 기타 체액의 샘플을 수집하여 분석을 위해 실험실로 보내는 것입니다. 감염 및 검사의 유형에 따라 결과를 얻는 데 며칠이 걸릴 수 있습니다.
동맹은 현장 내 샘플 내에서 박테리아, 바이러스, 곰팡이 및 기생 병원체를 감지 할 수있는 진단 바이오 센서의 개발을 제안했다. 결과는 감염 확산을 줄이고 환자의 회복 시간을 줄이며 건강 관리 비용을 낮추기 위해 신속하게 몇 시간 이내에 신속하게 제공되어야합니다.
그러나 먼저, 환자 샘플에서 낮은 수준의 감염 관련 바이오 마커를 감지 할 수있는 바이오 센서를 개발하기위한 연구가 필요하다고 보고서는 밝혔다. 바이오 마커는 사람의 건강에 대한 정보를 제공 할 수있는 유전자와 같은 측정 가능한 지표입니다. 현재 사람의 면역 체계가 충분한 항체를 감지 할 수있는 충분한 항체를 생산하는 데 며칠에서 몇 주가 걸릴 수 있습니다.
“IEEE 회원들은 올바른 기술을 가지고 있으며 다른 엔지니어들과 함께이 매우 복잡한 문제를 해결하기 위해 함께 일한다면 상당히 차이를 만들 수 있다고 생각합니다.” —Anita Shukla, RI 프로비던스에있는 Brown University의 엔지니어링 교수
저자는 엔지니어, 임상의 및 미생물 학자가 장치 제작 및 임상 환경에서 사용하기 위해 설계하는 데 협력 할 것을 요구합니다.
이 보고서에 따르면 발전은 기존 스마트 장치에 통합 될 수 있거나 감염 특이한 새로운 장치를 설계 할 수 있다고한다.
탐색해야 할 또 다른 영역은 환자가 자신을 정확하게 진단 할 수 있도록 웨어러블 장치를 개발하고 있다고 말합니다.
Shukla는“엔지니어, 특히 다양한 바이오 센서 설계 및 웨어러블 기술에 대한 많은 지식을 가진 전기 엔지니어는이 공간에서 혁신하고 이러한 기술을 생산 해야하는 개인입니다.
세균 전파를 막기위한 깨끗한 표면
한 가지 방법 감염은 병원 침대, 의료 장비, 문서 및 책상을 포함한 박테리아로 오염 된 표면에서 나온 것입니다. 멸균, 위생 및 소독에 대한 병원 프로토콜이 얼마나 엄격한 지에 관계없이 박테리아는 대부분의 것들에 부착됩니다. ERVA 보고서에 따르면 공유실에서 환자들 사이에서 병원이 사용하는 커튼의 90 % 이상이 일주일 후에 오염된다고 지적합니다.
저자들은 접촉시 박테리아 및 곰팡이 병원체를 죽일 수있는 항균 표면을 개발하는 것이 필수적이라고 말합니다. 또한 금속, 폴리머 및 복합재를 포함하여 만져 질 때 항균제를 방출하는 재료도 필요합니다.
Shukla는 새로운 엔지니어링 된 항균 표면은 병원 및 기타 임상 환경에서 사용되는 위생 및 멸균 방법을 견딜 수있을 정도로 내구성이 있어야한다고 Shukla는 말했다.
항균 표면을 설치 해야하는 다른 위치는 학교와 사무실 건물을 포함한다고 덧붙였다.
약물을 전달하기위한 더 똑똑한 재료
보고서에 따르면 오늘날 항생제를 잠재적 인 감염 부위에 직접 전달하기 위해 사용 된 드레싱 및 기타 생체 물질 기반 약물 전달 방법은 그들이 방출하는 약물의 양을 조절하기에 충분히 진행되지 않았다고 보고서에 따르면.
이로 인해 약물이 과도하게 사용될 수 있으며 AMR을 악화시킬 수 있다고 보고서는 밝혔다.
항균제를 방출하는 더 똑똑한 생체 물질 기반 전달 시스템은 긴급한 연구 영역이라고 저자들은 말합니다. 박테리아 감염이있을 때만 약물을 방출 할 수있는 나노 및 마이크로 스케일 입자 및 중합체 겔은 보고서에 인용 된 몇 가지 예입니다.
Shukla는“이들은 주문형 치료제를 발표 할 수있는 재료입니다. “당신은 필요한 경우에만 치료법에 감염을 노출시켜 더 많은 약물을 소개하지 않도록합니다. [than required]- 잠재적으로 저항 발달을 가속화 할 수 있습니다.”
이 재료에는 또한 박테리아 또는 곰팡이의 존재를 감지하는 성분이 포함되어야하며 환자의 면역계가 감염에 적극적으로 싸우고 있는지 여부를 신호해야한다고 보고서는 밝혔다. 세균의 존재는 캡슐화 된 항생제 또는 항진균제를 감염 부위에서 방출 할 것입니다.
Shukla는 전기 엔지니어가 스마트 재료에 통합 될 수있는 구성 요소를 개발하고 전기장에 반응하여 약물 방출을 유발하거나 감염을 감지 할 수있는 기회가 있다고 Shukla는 말합니다.
약물이없는 세포 공학
Shukla는 전기 엔지니어가 큰 역할을 할 수있는 또 다른 영역이 면역 세포를 포함한다고 말했다. 보고서에 따르면, 항생제에 대한 잠재적 인 대안 인 엔지니어링 된 백혈구는 감염과 싸우기위한 신체의 자연 반응을 향상시킬 수 있다고한다. 이러한 약물이없는 접근법은 세포 공학의 발전뿐만 아니라 유전자 조작 세포에 대한 더 나은 이해를 요구할 것이다.
지속적인 감염이있는 사람들의 경우, 조작 된 면역 세포와 박테리아 사이의 장기 상호 작용을 연구하는 것이 중요하다고 보고서는 밝혔다. 항균 활성을 갖춘 엔지니어 미생물을 만드는 연구는 항생제 사용을 줄이고 감염을 예방할 수 있다고 말합니다.
고급 모델링을 사용하여 신약을 개발합니다
Alliance는 계산 모델링을 개발하기 위해서는 중요한 연구가 필요하다고 말합니다. 이 기술은 새로운 항균제 및 치료제의 효과를 평가하기 위해 복잡한 박테리아 감염 모델을 빠르게 개발하는 데 사용될 수 있습니다.
Shukla는“모델링은 신약의 발달 속도를 높이고 새로운 치료의 결과를 예측할 수있는 기회가 있으며, 이는 실험실 기반 테스트에서 종종 발생하는 변동성이 저렴하고 덜 적은 방식으로 새로운 치료의 결과를 예측할 수 있습니다.
일체 포함-기반 도구는 이미 잠재적 인 치료법을 예측하거나 개발하는 데 사용되고 있다고 덧붙였다. 그러나 새로운 알고리즘과 접근 방식은 여전히 필요하다고 덧붙였다.
Shukla는“IEEE 회원들은 올바른 기술을 가지고 있으며 다른 엔지니어들과 함께이 매우 복잡한 AMR 문제를 해결하기 위해 함께 일한다면 상당히 차이를 만들 수 있다고 생각합니다. “사일로에서 일하는 사람들은 문제가됩니다. 만약 우리가 사람들 이이 문제를 실제로 해결하기 위해 함께 일할 수 있다면, 그것이 AMR이 해결 될 것입니다.”
Shukla가 비전 이벤트의 결과에 대해 토론하는 것을 볼 수 있습니다. 이 웹 세미나3 월 27 일에 제작.