Les images au microscope électronique à balayage donnent une preuve accablante de la différence. A gauche :un biofilm se forme à la surface du polycaprolactone, un plastique biodégradable fréquemment utilisé en médecine. À droite :la soie d'araignée ne permet pas la formation de biofilm. Crédit :Gregor Lang.
De nouveaux biomatériaux développés à l'Université de Bayreuth éliminent le risque d'infection et facilitent les processus de guérison. Une équipe de recherche dirigée par le Prof. Dr. Thomas Scheibel a réussi à combiner ces propriétés matérielles qui sont très pertinentes pour la biomédecine. Ces matériaux nanostructurés sont à base de protéines de soie d'araignée. Ils empêchent la colonisation par les bactéries et les champignons, mais en même temps aider de manière proactive à la régénération des tissus humains. Ils sont donc idéaux pour les implants, pansements, prothèses, lentilles de contact, et d'autres aides quotidiennes. Les scientifiques ont présenté leur innovation dans la revue Matériaux aujourd'hui .
C'est un risque infectieux largement sous-estimé :Des microbes se déposent à la surface des objets indispensables à la thérapeutique médicale ou à la qualité de vie en général. Progressivement, ils forment un dense, biofilm souvent invisible et difficilement éliminable, même par des produits de nettoyage, et qui est souvent résistant aux antibiotiques et aux antimycosiques. Les bactéries et les champignons peuvent alors migrer dans les tissus adjacents de l'organisme. Par conséquent, ils interfèrent non seulement avec divers processus de guérison, mais peut même provoquer des infections potentiellement mortelles.
Avec une nouvelle approche de recherche, Les scientifiques de l'Université de Bayreuth ont maintenant trouvé une solution à ce problème. En utilisant des protéines de soie d'araignée produites biotechnologiquement, ils ont développé un matériau qui empêche l'adhésion des microbes pathogènes. Même les streptocoques, résistant à de multiples agents antibactériens (SARM), n'ont aucune chance de se déposer sur la surface du matériau. Biofilms poussant sur des instruments médicaux, équipement sportif, lentilles de contact, prothèses, et d'autres objets du quotidien pourraient donc bientôt appartenir à l'histoire.
De plus, les matériaux sont conçus pour favoriser simultanément l'adhésion et la prolifération des cellules humaines à leur surface. S'ils peuvent être utilisés par ex. pansements, remplacement de la peau, ou implants, ils soutiennent de manière proactive la régénération des tissus endommagés ou perdus. Contrairement à d'autres matériaux qui ont déjà été utilisés pour régénérer les tissus, le risque d'infection est intrinsèquement éliminé. Des revêtements résistants aux microbes pour une variété d'applications biomédicales et techniques devraient donc être disponibles dans un proche avenir.
Prof. Dr.-Ing. Gregor Lang examine l'infestation microbienne par microscopie électronique à balayage. Crédit :UBT/Christian Wißler.
Les chercheurs de Bayreuth ont jusqu'à présent testé avec succès la fonction antimicrobienne sur deux types de matériaux en soie d'araignée :sur des films et des revêtements de quelques nanomètres d'épaisseur seulement et sur des échafaudages d'hydrogel tridimensionnels pouvant servir de précurseurs à la régénération tissulaire. « Nos enquêtes à ce jour ont conduit à une découverte absolument révolutionnaire pour les futurs travaux de recherche. En particulier, les propriétés antimicrobiennes des biomatériaux que nous avons développés ne reposent pas sur des substances toxiques, c'est-à-dire non destructeur de cellules, effets. Le facteur décisif réside plutôt dans les structures au niveau du nanomètre, qui rendent les surfaces en soie d'araignée antimicrobiennes. Ils empêchent les agents pathogènes de s'attacher à ces surfaces", explique le Prof. Dr. Thomas Scheibel, qui est la Chaire de Biomatériaux à l'Université de Bayreuth.
"Un autre aspect fascinant est que la nature s'est une fois de plus avérée être le modèle idéal pour des concepts de matériaux très avancés. La soie d'araignée naturelle est très résistante aux infestations microbiennes et la reproduction de ces propriétés de manière biotechnologique est une percée", ajoute Prof. Dr.-Ing. Gregor Lang, l'un des deux premiers auteurs et chef du groupe de recherche sur le traitement des biopolymères à l'Université de Bayreuth.
Dans les laboratoires de Bayreuth, Les protéines de soie d'araignée ont été spécifiquement conçues avec diverses nanostructures afin d'optimiser les propriétés biomédicales pertinentes pour des applications spécifiques. Encore une fois, les installations de recherche en réseau du campus de Bayreuth ont fait leurs preuves. En collaboration avec l'Institut bavarois des polymères (BPI), trois autres instituts de recherche interdisciplinaires de l'Université de Bayreuth ont été impliqués dans cette percée de recherche :le Bayreuth Center for Material Science &Engineering (BayMAT), le Centre de Bayreuth pour les colloïdes et les interfaces (BZKG), et le Centre de Bayreuth pour les biosciences moléculaires (BZKG).
