Une nouvelle nanotechnologie qui détruit les bactéries et les cellules fongiques

Une cellule fongique (verte) interactive avec une couche d'une épaisseur nano de phosphore noir (rouge). Image agrandie 25 000 fois.

«Un tueur de supermicrobes une nouvelle nanotechnologie qui détruit les bactéries et les cellules fongiques», source RMIT University.

Le revêtement antimicrobien d'une épaisseur nanométrique pourrait prévenir et traiter des infections potentiellement mortelles.

Des chercheurs ont mis au point un nouveau revêtement destructeur de bactéries qui pourrait être utilisé sur les pansements et les implants pour prévenir et traiter les infections bactériennes et fongiques potentiellement mortelles.

Le matériau est l'un des revêtements antimicrobiens les plus minces développés à ce jour et est efficace contre un large éventail de bactéries et de cellules fongiques résistantes aux médicaments, tout en laissant les cellules humaines indemnes.

La résistance aux antibiotiques est une menace majeure pour la santé mondiale, causant au moins 700 000 décès par an. Sans le développement de nouvelles thérapies antibactériennes, le nombre de morts pourrait s'élever à 10 millions de personnes par an d'ici 2050, ce qui équivaut à 100 milliards de dollars en soins de santé.

Bien que la charge sanitaire des infections fongiques soit moins reconnue, elles tuent environ 1,5 million de personnes chaque année dans le monde et le nombre de décès augmente. Une menace émergente pour les patients hospitalisés COVID-19, par exemple, est une champignon courante, Aspergillus, qui peut provoquer des infections secondaires mortelles.

Le nouveau revêtement d'une équipe dirigée par l'Université RMIT de Melbourne, en Australie, est basé sur un matériau 2D ultra-fin qui, jusqu'à présent, était principalement intéressant pour l'électronique de nouvelle génération.

Des études sur le phosphore noir (PN) ont indiqué qu'il possède certaines propriétés antibactériennes et antifongiques, mais le matériau n'a jamais été examiné méthodiquement pour une utilisation clinique potentielle.

La nouvelle étude, publiée dans la revue Applied Materials & Interfaces de l'American Chemical Society, révèle que le PN est efficace pour tuer les microbes lorsqu'il est répandue en couches nanométriques sur des surfaces comme le titane et le coton, utilisées pour fabriquer des implants et des pansements.

Le co-chercheur principal, le Dr Aaron Elbourne, a dit que la découverte d'un matériau capable de prévenir les infections bactériennes et fongiques était une avancée significative.

«Ces agents pathogènes sont responsables d'énormes fardeaux pour la santé et à mesure que la résistance aux médicaments continue de croître, notre capacité à traiter ces infections devient de plus en plus difficile», a dit Elbourne, boursier postdoc à la School of Science du RMIT.

SARM avant et après exposition au nanorevêtement.

«Nous avons besoin de nouvelles armes intelligentes pour la guerre contre les superbactéries, qui ne contribuent pas au problème de la résistance aux antimicrobiens.»

«Notre revêtement d'une épaisseur nanométrique est un double tueur de microbes qui agit en éclatant les bactéries et les cellules fongiques, ce à quoi les microbes auront du mal à s'adapter. Il faudrait des millions d'années pour développer naturellement de nouvelles défenses contre une attaque physique aussi mortelle.»

«Bien que nous ayons besoin de recherches supplémentaires pour être en mesure d'appliquer cette technologie dans des contextes cliniques, il s'agit d'une nouvelle direction passionnante dans la recherche de moyens plus efficaces pour relever ce grave défi de santé.

Le co-chercheur principal, le professeur Sumeet Walia, de la School of Engineering du RMIT, a précédemment mené des études révolutionnaires sur l'utilisation du PN pour la technologie de l'intelligence artificielle et l'électronique imitant le cerveau.

«Le PN s'arrête de fonctionner en présence d'oxygène, qui est normalement un énorme problème pour l'électronique et quelque chose que nous avons dû surmonter avec une ingénierie de précision minutieuse pour développer nos technologies», a dit Walia.

«Mais il s'avère que les matériaux qui se dégradent facilement avec l'oxygène peuvent être idéaux pour tuer les microbes - c'est exactement ce que recherchaient les scientifiques travaillant sur les technologies antimicrobiennes.»

«Notre problème était donc leur solution.»

Comment fonctionne la nanocouche tueuse de microbes ?

Lorsque le PN se décompose, il oxyde la surface des bactéries et des cellules fongiques. Ce processus, connu sous le nom d'oxydation cellulaire, finit par les éclater.

Dans la nouvelle étude, le premier auteur et chercheur en doctorat Zo Shaw a testé l'efficacité de couches nanométriques de PN contre cinq souches de bactéries courantes, dont E. coli et le SARM résistant aux antibiotiques, ainsi que cinq types de champignons, dont Candida auris.

En seulement deux heures, jusqu'à 99% des cellules bactériennes et fongiques ont été détruites.

Surtout, le PN a également commencé à se dégrader pendant ce temps et a été entièrement désintégré en 24 heures - une caractéristique importante qui montre que le matériau ne s'accumulerait pas dans le corps.

L'étude de laboratoire a identifié les niveaux optimaux de PN qui ont un effet antimicrobien mortel tout en laissant les cellules humaines saines et entières.

Les chercheurs ont désormais commencé à expérimenter différentes formulations pour tester l'efficacité sur une gamme de surfaces médicalement pertinentes.

L'équipe souhaite collaborer avec des partenaires potentiels de l'industrie pour développer davantage la technologie, pour laquelle une demande de brevet provisoire a été déposée.