La méthode récemment mise au point consiste à appliquer un petit revêtement de matériau zwitterionique sur un dispositif et à le lier au substrat sous-jacent à l’aide de la lumière UV. La barrière qui en résulte empêche les bactéries et autres matières organiques nocives de se fixer et de provoquer une infection.
Des chercheurs de l’UCLA ont créé un nouveau traitement de surface qui empêche les bactéries d’adhérer aux dispositifs médicaux tels que les cathéters et les stents.
Un hôpital ou une clinique médicale peut sembler être le dernier endroit où l’on s’attend à contracter une mauvaise infection, et pourtant près de 1,7 million d’Américains le font chaque année, entraînant près de 100 000 décès dus à des complications liées à l’infection et 30 milliards de dollars de dépenses médicales directes.
Selon les spécialistes, les équipements médicaux tels que les cathéters, les stents, les valves cardiaques et les stimulateurs cardiaques sont les principaux coupables, représentant deux tiers de toutes les infections. Leurs surfaces sont souvent recouvertes de films bactériens dangereux. Cependant, un traitement de surface unique mis au point par une équipe dirigée par des scientifiques de l’Université de Californie à Los Angeles (UCLA) pourrait contribuer à améliorer la sécurité de ces dispositifs tout en réduisant la pression financière sur le système de santé.
La nouvelle technique, qui a été testée en laboratoire et en milieu clinique, consiste à déposer une fine couche de matériau zwitterionique sur la surface d’un dispositif et à lier de façon permanente cette couche au substrat sous-jacent par irradiation aux rayons ultraviolets. La barrière qui en résulte empêche les germes et autres matières organiques potentiellement dangereuses d’adhérer à la surface et d’infecter les gens.
Les résultats de l’équipe ont été publiés dans la revue Advanced Materials le 19 mai 2022.
Les microbes nocifs se développent librement sur les dispositifs médicaux implantés. Une nouvelle méthode permettant d’appliquer un traitement de surface aux dispositifs médicaux est susceptible d’améliorer leur sécurité, réduisant ainsi les complications et les décès de patients. Crédit : Amir Sheikhi/Penn State
En laboratoire, les chercheurs ont appliqué le traitement de surface à plusieurs matériaux couramment utilisés pour les dispositifs médicaux, puis ont testé la résistance des matériaux modifiés à divers types de bactéries, de champignons et de protéines. Ils ont constaté que le traitement réduisait la croissance du biofilm de plus de 80 % – et dans certains cas jusqu’à 93 %, selon la souche microbienne.
“Les surfaces modifiées présentaient une résistance robuste aux micro-organismes et aux protéines, ce qui est précisément ce que nous cherchions à obtenir”, a déclaré Richard Kaner, professeur d’innovation en matériaux de l’UCLA (Dr Myung Ki Hong) et auteur principal de la recherche. “Les surfaces ont considérablement réduit, voire empêché, la formation de biofilms.
Richard Kaner, auteur principal de la recherche. Crédit : Reed Hutchinson/UCLA
“Et nos premiers résultats cliniques ont été remarquables”, a ajouté Richard Kaner.
La recherche clinique a porté sur 16 utilisateurs de sondes urinaires de longue date qui sont passés à des sondes en silicone avec le nouveau traitement de surface zwitterionique. Ce cathéter modifié est le premier produit fabriqué par une société fondée par M. Kaner à partir de son laboratoire, appelée SILQ Technologies Corp, et a été autorisé par la Food and Drug Administration à être utilisé chez les patients.
Dix des patients ont décrit leur état des voies urinaires en utilisant le cathéter traité en surface comme “beaucoup mieux” ou “très mieux”, et 13 ont choisi de continuer à utiliser le nouveau cathéter plutôt que les options conventionnelles en latex et en silicone après la fin de la période d’étude.
“Une patiente est venue à l’UCLA il y a quelques semaines pour nous remercier d’avoir changé sa vie – quelque chose que, en tant que scientifique des matériaux, je n’aurais jamais cru possible”, a déclaré Kaner. “Ses précédents cathéters se bloquaient au bout de quatre jours environ. Elle souffrait et devait subir des interventions médicales répétées pour les remplacer. Grâce à notre traitement de surface, elle vient maintenant toutes les trois semaines, et ses cathéters fonctionnent parfaitement sans incrustation ni occlusion – un phénomène courant avec les précédents.”
Ces problèmes urinaires liés aux cathéters illustrent les problèmes qui touchent d’autres dispositifs médicaux qui, une fois insérés ou implantés, peuvent devenir des lieux de reproduction pour les bactéries et la croissance de biofilms nocifs, a déclaré Kaner, membre du California NanoSystems Institute de l’UCLA, également professeur émérite de chimie et de biochimie, ainsi que de science et d’ingénierie des matériaux. Les cellules pathogènes pompées par ces biofilms très résistants provoquent ensuite des infections récurrentes dans l’organisme.
En réponse, le personnel médical administre systématiquement des antibiotiques puissants aux patients utilisant ces dispositifs, une solution à court terme qui pose un problème à plus long terme.risque de créer des infections “superbactéries” potentiellement mortelles et résistantes aux antibiotiques. Plus les antibiotiques sont prescrits largement et fréquemment, a expliqué M. Kaner, plus les bactéries sont susceptibles de développer une résistance à ces produits. Un rapport historique de 2014 de l’Organisation mondiale de la santé a reconnu cette surconsommation d’antibiotiques comme une menace imminente pour la santé publique, les responsables appelant à une réponse agressive pour empêcher “une ère post-antibiotique dans laquelle des infections courantes et des blessures mineures qui ont pu être traitées pendant des décennies peuvent à nouveau tuer.”
“La beauté de cette technologie”, a déclaré Kaner, “est qu’elle peut prévenir ou minimiser la croissance du biofilm sans l’utilisation d’antibiotiques. Elle protège les patients utilisant des dispositifs médicaux – et donc nous protège tous – contre la résistance microbienne et la prolifération des superbactéries.”
Les polymères zwitterions du traitement de surface sont connus pour être extrêmement biocompatibles, et ils absorbent l’eau de manière très serrée, formant une fine barrière d’hydratation qui empêche les bactéries, les champignons et autres matières organiques d’adhérer aux surfaces, a déclaré Kaner. De plus, cette technologie est très efficace, non toxique et relativement peu coûteuse par rapport aux autres traitements de surface actuels pour les dispositifs médicaux, comme les revêtements à base d’antibiotiques ou d’argent.
Au-delà de son utilisation dans les dispositifs médicaux, la technique de traitement de surface pourrait avoir des applications non médicales, a déclaré M. Kaner, en prolongeant potentiellement la durée de vie des dispositifs de traitement de l’eau et en améliorant les performances des batteries lithium-ion.
Les sources de financement de l’étude comprennent les National Institutes of Health, la National Science Foundation, les Instituts de recherche en santé du Canada, SILQ Technologies Corp, et le UCLA Sustainability Grand Challenge.
Référence : “A Readily Scalable, Clinically Demonstrated, Antibiofouling Zwitterionic Surface Treatment for Implantable Medical Devices” par Brian McVerry, Alexandra Polasko, Ethan Rao, Reihaneh Haghniaz, Dayong Chen, Na He, Pia Ramos, Joel Hayashi, Paige Curson, Chueh-Yu Wu, Praveen Bandaru, Mackenzie Anderson, Brandon Bui, Aref Sayegh, Shaily Mahendra, Dino Di Carlo, Evgeniy Kreydin, Ali Khademhosseini, Amir Sheikhi et Richard B. Kaner, 22 mars 2022, Matériaux avancés.
DOI : 10.1002/adma.202200254
