L’acide usnique (jaune) est intégré et libéré du revêtement de graphène de l’implant. L’acide usnique tue les bactéries (vertes) et les empêche ainsi de former des biofilms infectieux à la surface. Crédit : Yen Strandqvist/Université de technologie de Chalmers
Les infections bactériennes liées aux implants médicaux pèsent lourdement sur les soins de santé et causent de grandes souffrances aux patients du monde entier. Désormais, les chercheurs de Université de technologie Chalmers, Suède, ont développé une nouvelle méthode pour prévenir de telles infections, en couvrant un graphène-matériau à base de molécules bactéricides.
«Grâce à nos recherches, nous avons réussi à lier au graphène des molécules antibactériennes insolubles dans l’eau et à libérer les molécules de manière contrôlée et continue du matériau», explique Santosh Pandit, chercheur au Département de biologie et de génie biologique de Chalmers, et premier auteur de l’étude récemment publiée dans Rapports scientifiques.
« C’est une condition essentielle pour que la méthode fonctionne. La manière dont nous lions les molécules actives au graphène est également très simple, et pourrait être facilement intégrée dans des processus industriels.
Certaines bactéries peuvent former des couches superficielles impénétrables, ou « biofilms », sur les implants chirurgicaux, tels que les implants dentaires et autres implants orthopédiques, et représentent un problème majeur pour les soins de santé dans le monde. Les biofilms sont plus résistants que les autres bactéries, et les infections sont donc souvent difficiles à traiter, entraînant de grandes souffrances pour les patients, et dans le pire des cas, nécessitant le retrait ou le remplacement des implants. En plus des effets sur les patients, cela entraîne des coûts importants pour les prestataires de soins de santé.
«Grâce à nos recherches, nous avons réussi à lier au graphène des molécules antibactériennes insolubles dans l’eau et à libérer les molécules de manière contrôlée et continue du matériau», explique Santosh Pandit, chercheur au Département de biologie et de génie biologique de Chalmers. Crédit : Johan Bodell/Université de technologie de Chalmers
Le graphène convient comme matériau de fixation
Il existe une variété de médicaments et de molécules insolubles dans l’eau ou hydrophobes qui peuvent être utilisés pour leurs propriétés antibactériennes. Mais pour qu’ils soient utilisés dans le corps, ils doivent être attachés à un matériau, qui peut être difficile et laborieux à fabriquer.
« Le graphène offre ici un grand potentiel d’interaction avec des molécules ou des médicaments hydrophobes, et lorsque nous avons créé notre nouveau matériau, nous avons utilisé ces propriétés. Le processus de liaison des molécules antibactériennes se déroule à l’aide d’ultrasons », explique Santosh Pandit.
Dans l’étude, le matériau de graphène a été recouvert d’usnic acide, qui est extrait des lichens, par exemple le lichen fruticuleux. Des recherches antérieures ont montré que l’acide usnique a de bonnes propriétés bactéricides. Il agit en empêchant les bactéries de former des acides nucléiques, en particulier en inhibant ARN synthèse, bloquant ainsi la production de protéines dans la cellule.
Une méthode simple ouvre la voie à de futurs médicaments
L’acide usnique a été testé pour sa résistance aux bactéries pathogènes Staphylococcus aureus et Staphylococcus epidermidis, deux coupables courants de la formation de biofilms sur les implants médicaux. Le nouveau matériau des chercheurs a présenté un certain nombre de propriétés prometteuses. En plus des résultats positifs pour l’intégration de l’acide usnique à la surface du matériau de graphène, ils ont également observé que les molécules d’acide usnique étaient libérées de manière contrôlée et continue, empêchant ainsi la formation de biofilms à la surface.
« Plus important encore, nos résultats montrent que la méthode de liaison des molécules hydrophobes au graphène est simple. Il ouvre la voie à une protection antibactérienne plus efficace des produits biomédicaux à l’avenir. Nous prévoyons maintenant des essais où nous explorerons la liaison d’autres molécules et médicaments hydrophobes avec un potentiel encore plus grand pour traiter ou prévenir diverses infections cliniques », a déclaré Santosh Pandit.
Référence : « La libération prolongée d’acide usnique des revêtements de graphène assure une protection antibiofilm à long terme » par Santosh Pandit, Shadi Rahimi, Abderahmane Derouiche, Athmane Boulaoued et Ivan Mijakovic, 11 mai 2021, Rapports scientifiques.
DOI : 10.1038 / s41598-021-89452-5
Le projet de recherche est dirigé par le groupe du professeur Ivan Mijakovic au Département de biologie et de biotechnologie de l’Université de technologie de Chalmers, en Suède. Il est financé par Formas et le Conseil suédois de la recherche.
