Tout en faisant de la colle intelligente, une équipe d'ingénieurs a découvert un sous-produit pratique :le peroxyde d'hydrogène. Sous forme de microgel, il réduit la capacité des bactéries et des virus à infecter d'au moins 99 pour cent.

Le projet de doctorat de Hao Meng s'est concentré sur les tests de biocompatibilité et sur l'extraction d'un acide aminé collant des moules. Le catéchol de type colle est prometteur pour les adhésifs intelligents - une petite décharge électrique peut activer et désactiver l'adhérence - mais ce n'est pas sa seule utilisation potentielle.

"Dans le processus, Meng a découvert que la réaction chimique générait du peroxyde d'hydrogène en tant que sous-produit de l'oxydation, " dit Bruce Lee, professeur agrégé de génie biomédical et Ph.D. de Meng. conseiller à l'Université technologique du Michigan. "Elle a commencé à penser, et si nous pouvions utiliser le peroxyde d'hydrogène ?"

La réponse est oui, et la technologie qui rend ce portable, désinfectant curatif possible fait l'objet d'un nouvel article publié dans Acta Biomaterialia . Le travail a réuni une équipe interdisciplinaire d'ingénieurs pour explorer non seulement le développement technologique, mais aussi les propriétés physiques et biologiques du matériau.

Les coauteurs incluent Caryn Heldt, Chaire James et Lorna Mack en bio-ingénierie en génie chimique, et Megan Frost, président par intérim du Département de kinésiologie et de physiologie intégrative ainsi qu'un professeur agrégé de génie biomédical et un professeur agrégé affilié de science et génie des matériaux.

Tout comme Jello

Après que Meng ait observé pour la première fois que ses réactions créaient du peroxyde d'hydrogène, elle a commencé à réfléchir à la meilleure forme pour mettre le sous-produit. Elle voulait beaucoup de surface pour alimenter la réaction chimique et elle voulait un moyen de réutiliser le matériau. Donc, l'équipe a fabriqué un microgel.

"Le gel est comme la gelée, " Lee dit. "C'est un réseau polymère avec beaucoup d'eau dedans. Et tout comme jello, nous commençons avec un liquide et le solidifions en une forme."

Les microgels sont comme de minuscules bulles de gelée. A l'oeil nu, la forme sèche est une poudre indescriptible. Suspendre dans une solution à pH neutre ou légèrement alcalin, comme de l'eau distillée ou une solution saline comme un nettoyant pour lentilles de contact, et le cycle du peroxyde d'hydrogène démarre. Laissé à lui-même, les microgels de la taille d'un micron ont généré entre une et cinq millimolaires sur quatre jours. Une fois la poudre de microgel séchée à nouveau, le matériel se réinitialise essentiellement, se trouve en toute sécurité contenu dans un petit sac, et peut être réutilisé. C'est comme une bouteille de désinfectant à la demande, sans la bouteille encombrante et les problèmes de stockage dangereux.

Antimicrobien et antiviral

L'inspiration pour cette bouteille brune emblématique dans l'armoire à pharmacie n'a pas commencé dans un laboratoire; le corps produit naturellement du peroxyde d'hydrogène pour aider à guérir les coupures et la substance a été largement utilisée en médecine pour tuer les bactéries et même les virus. Parce que la poudre de microgel continue de créer et de libérer du peroxyde d'hydrogène, sa puissance reste élevée, surtout par rapport à la technique de la boule de coton à l'ancienne.

L'équipe a étudié les effets du microgel sur deux souches bactériennes communes et deux virus structurellement différents. Cela inclut le Staphylococcus epidermidis à paroi mince et à Gram positif, ainsi que l'Escherichia coli (E. coli) plus impénétrable et à Gram négatif. Ils ont également examiné le parovirus porcin non enveloppé (PPV) extrêmement résistant et le virus de la diarrhée virale bovine (BVDV) enveloppé plus facile à inactiver. En raison de l'enveloppe protéique dure autour du PPV, ce qui le rend ainsi que d'autres virus non enveloppés plus résistants aux biocides, l'équipe a été agréablement surprise de voir que le microgel réduisait toujours la capacité du virus à infecter les cellules de 99,9%. (En termes techniques, c'est une valeur de réduction de trois log de l'infectivité.) Avec BVDV, ils ont observé une réduction de 99,999% de l'infectiosité.

Du camping aux champs de bataille

Les possibilités sont presque infinies. Partout où un petit sac peut aller, ainsi pourrait cette technologie. Qu'il s'agisse de voyages dans l'arrière-pays, stations spatiales, cliniques éloignées ou zones de guerre, un peu de guérison pour prévenir l'infection peut aller très loin. Alors que Lee et son équipe disent que la technologie n'est pas tout à fait prête pour Amazon Prime, ils espèrent que le travail est prometteur pour une variété d'applications, peut-être même avec une résistance aux antibiotiques.

"Nous n'avons pas encore testé de souches bactériennes résistantes aux antibiotiques, mais plus nous pouvons éviter d'utiliser des antibiotiques en premier lieu, le meilleur, " dit Lee. " Il y a encore beaucoup de travail à faire. Nous voulons démontrer dans quelles conditions il favorise la guérison et comment une cellule y réagit. Le peroxyde d'hydrogène à des concentrations élevées peut également tuer les cellules, nous devons donc avoir un équilibre qui change pour différents types de cellules."

Lee a récemment reçu un financement du bureau du ministère de la Défense du secrétaire adjoint à la Défense pour la santé par le biais du programme de recherche et de développement médical de la défense pour poursuivre cette ligne de recherche. Ce qui a commencé avec les déchets d'une protéine collante sera raffiné en un poids léger, poudre de microgel portable et recyclable avec suffisamment de punch pour éliminer même les infections bactériennes et virales les plus tenaces.