La thérapie photothermique (PTT) est un traitement proposé pour des maladies telles que les infections résistantes aux antibactériens et le cancer, mais malgré plus d'une décennie de recherche, les scientifiques ont été incapables de trouver un agent chimique sûr et efficace à utiliser dans le processus. Maintenant, une équipe de chercheurs a conçu un nouveau type de composé organique qui pourrait être utilisé comme agent thérapeutique efficace.

Récemment publié dans la revue Angewandte Chemie , une équipe de scientifiques dirigée par des chercheurs de la Molecular Foundry a démontré que leurs nouveaux matériaux, un type de polyélectrolyte conjugué (CPE), peut entraîner une réduction de 95 pour cent du nombre de colonies bactériennes en cinq minutes sous irradiation infrarouge. Cette découverte marque l'un des premiers exemples d'utilisation d'un CPE comme agent actif dans le PTT.

Les polymères organiques sont fabriqués en connectant de nombreuses sous-unités répétitives comme des perles sur une ficelle. Si ces sous-unités contiennent des groupes ioniques, les polymères sont appelés polyélectrolytes, et dans les cas où les sous-unités sont entièrement connectées en alternant des liaisons simples et doubles, ils sont appelés polyélectrolytes conjugués. Leurs propriétés uniques, comme la solubilité dans l'eau, conductivité, et l'absorption de la lumière ont conduit à leur utilisation intensive en optoélectronique, sentir, et les applications d'imagerie. Mais les CPE n'avaient pas été appliqués en tant qu'agents thérapeutiques photothermiques auparavant, car les polymères ioniques qui peuvent absorber la lumière dans le proche infrarouge (NIR), où il est le plus souhaitable pour les PTT, sont très rares.

L'équipe de recherche dirigée par Yi Liu, directeur de l'installation Nanostructures Organiques et Macromoléculaires de la Fonderie, travaillait sur une méthode pour fabriquer des CPE pour les transistors électrochimiques organiques (OECT). Ils ont émis l'hypothèse que la fixation des groupes ioniques (ou chargés) directement à la chaîne principale du polymère conjugué produirait des matériaux actifs OECT efficaces, mais ont découvert que leur matériau pourrait avoir une autre utilisation.

« Nous avons développé un moyen de synthétiser un CPE à partir de blocs de construction d'azaquinodiméthane ionique (iAQM) afin qu'il porte des charges et ait l'une des bandes interdites les plus faibles observées pour ce type de polymère, " a déclaré Liu. " À l'origine, nous n'avions pas l'intention de créer un matériau utile pour la thérapie photothermique, mais j'ai découvert que le polymère ionique que nous avons fabriqué absorbe également fortement la lumière proche infrarouge."

La thérapie photothermique repose sur l'utilisation d'un agent chimique actif qui absorbe la lumière et dissipe l'énergie sous forme de chaleur. Les nanoparticules d'or et les allotropes de carbone ont été explorés le plus largement en tant qu'agents actifs dans le PTT, mais les deux souffrent de l'absence de toute voie de dégradation métabolique connue et peuvent être nocifs pour le corps sur de longues périodes. Les molécules organiques comme les CPE sont une alternative prometteuse, car ils sont plus susceptibles d'être métabolisés par l'organisme après leur utilisation thérapeutique.

« Il a rarement été démontré que les CPE précédents avaient une efficacité de conversion photothermique élevée, " a déclaré Liu. "Notre motif iAQM nouvellement conçu est intrinsèquement ionique, et une fois incorporé au polymère, il donne lieu à des CPE avec les bonnes caractéristiques d'absorption pour une conversion photothermique efficace. Les charges des CPE les rendent plus solubles dans les solvants polaires et donc plus pertinentes sur le plan biologique, car elles pourraient être adaptées pour se lier à des protéines ou des cellules spécifiques. »

Les chercheurs ont utilisé des rayons X à la source lumineuse avancée de Berkeley Lab pour déterminer la structure de leurs polymères synthétisés, leur permettant de comprendre comment la structure des molécules affecte les performances des polymères.

Les chercheurs ont également testé leur polymère sur des cultures de Staphylococcus aureus, un système modèle pertinent pour les infections bactériennes résistantes aux antibiotiques, et a constaté que les cultures traitées avec le polymère iAQM qui ont ensuite été irradiées avec une lumière de 808 nm ont entraîné une réduction de 95 pour cent du nombre de colonies bactériennes, par rapport à 30 pour cent traités avec le polymère seul et 10 pour cent lorsqu'ils sont seulement irradiés.

Les résultats montrent que la méthode des chercheurs pour fabriquer des CPE est un moyen prometteur de fabriquer des semi-conducteurs organiques ioniques fonctionnels avec des propriétés utiles, et que les CPE à base d'iAQM en particulier sont de puissants agents antibactériens photothermiques.