Des chercheurs d'IBM et de l'Institut de bioingénierie et de nanotechnologie ont réalisé une percée en nanomédecine en convertissant des matériaux plastiques courants comme le polyéthylène téréphtalate (PET) en matériaux non toxiques et biocompatibles conçus pour cibler et attaquer spécifiquement les infections fongiques. Cette recherche a été publiée aujourd'hui dans la revue à comité de lecture, Communication Nature .
Plus d'un milliard de personnes sont touchées par des infections fongiques chaque année, allant des affections cutanées topiques comme le pied d'athlète aux infections sanguines fongiques potentiellement mortelles. L'infection est plus susceptible de se produire lorsque le système immunitaire du corps est compromis en raison d'une maladie comme le VIH/SIDA, cancer ou lors d'un traitement antibiotique.
Il existe un besoin urgent de développer des agents antifongiques efficaces et spécifiques à la maladie pour atténuer ce problème croissant de résistance aux médicaments. Les thérapies antifongiques traditionnelles doivent pénétrer à l'intérieur de la cellule pour attaquer l'infection, mais ont du mal à cibler et à pénétrer la paroi membranaire du champignon. Aussi, puisque les champignons sont métaboliquement similaires aux cellules de mammifères, les médicaments existants peuvent avoir du mal à différencier les cellules saines des cellules infectées.
Reconnaissant cela, Les scientifiques d'IBM ont appliqué un processus catalytique organique pour faciliter la transformation du PET, ou des déchets plastiques d'une bouteille, en molécules entièrement nouvelles qui peuvent être transformées en agents antifongiques. Ceci est important car les bouteilles en plastique sont généralement recyclées par mise à la terre mécanique et ne peuvent généralement être réutilisées que dans des produits secondaires comme les vêtements, moquette ou équipement de terrain de jeu.
Comment ça fonctionne
Ces nouveaux agents antifongiques s'auto-assemblent grâce à un processus de liaison hydrogène, collant les uns aux autres comme du Velcro moléculaire à la manière d'un polymère pour former des nanofibres. Ceci est important car ces agents antifongiques ne sont actifs qu'à titre thérapeutique sous la forme de fibre ou de polymère.
Cette nouvelle nanofibre porte une charge positive et peut cibler et se fixer de manière sélective uniquement aux membranes fongiques chargées négativement sur la base d'une interaction électrostatique. Il traverse ensuite et détruit les parois de la membrane cellulaire fongique, l'empêchant de développer une résistance.
Selon le Dr Yi Yan Yang, Chef de groupe, IBN, "La capacité de ces molécules à s'auto-assembler en nanofibres est importante car contrairement aux molécules discrètes, les fibres augmentent la concentration locale de charges cationiques et la masse du composé. Cela facilite le ciblage de la membrane fongique et sa lyse ultérieure, permettant aux champignons d'être détruits à de faibles concentrations."
En tirant parti des capacités de calcul d'IBM Research, les chercheurs ont simulé les assemblages antifongiques, prédire quelles modifications structurelles créeraient l'efficacité thérapeutique souhaitée.
« Alors que les méthodologies de calcul prédictif continuent de progresser, nous pouvons commencer à établir des règles de base pour l'auto-assemblage afin de concevoir des thérapies complexes pour lutter contre les infections ainsi que l'encapsulation efficace, le transport et la livraison d'une grande variété de cargaisons vers leurs sites malades ciblés, " a déclaré le Dr James Hedrick, Scientifique des matériaux organiques avancés, Recherche IBM – Almaden.
La concentration minimale inhibitrice (CMI) des nanofibres, qui est la concentration la plus faible qui inhibe la croissance visible des champignons, a démontré une forte activité antifongique contre plusieurs types d'infections fongiques. Dans d'autres études menées par l'IBN de Singapour, les tests ont montré que les nanofibres ont éradiqué plus de 99,9% de C. albicans, une infection fongique causant la troisième infection sanguine la plus courante aux États-Unis, après une seule heure d'incubation et n'a indiqué aucune résistance après 11 traitements. Les médicaments antifongiques conventionnels n'ont pu supprimer la croissance fongique supplémentaire alors que l'infection présentait une résistance aux médicaments après six traitements
Des résultats supplémentaires de cette recherche ont indiqué que les nanofibres dispersaient efficacement les biofilms fongiques après un traitement unique, tandis que les médicaments antifongiques conventionnels n'étaient pas efficaces contre les biofilms.
The in vivo antifungal activity of the nanofibers was also evaluated in a mouse model using a contact lens-associated C. albicans biofilm infection. The nanofibers significantly decreased the number of fungi, hindered new fungal structure growth in the cornea and reduced the severity of existing eye inflammation. These experiments also showed mammalian cells survived long after incubation with the nanofibers, indicating excellent in vitro biocompatibility. En outre, no significant tissue erosion is observed in the mouse cornea after topical application of the nanofibers.
"A key focus of IBN's nanomedicine research efforts is the development of novel polymers and materials for more effective treatment and prevention of various diseases, " said Professor Jackie Y. Ying, IBN Executive Director. "Our latest breakthrough with IBM allows us to specifically target and eradicate drug-resistant and drug-sensitive fungi strains and fungal biofilms, without harming surrounding healthy cells."
