Cette image de microscopie électronique à balayage révèle comment les cellules de Staphylococcus Aureus interagissent physiquement avec une nanostructure. Une cellule bactérienne (bleue) est incrustée à l'intérieur du trou du nanopilier creux et plusieurs cellules s'accrochent aux parois incurvées du nanopilier. Crédit :laboratoire Mofrad et Institut de recherche en nanomécanique
La bactérie Staphylococcus aureus ( S. aureus ) est une source fréquente d'infections qui surviennent après des interventions chirurgicales impliquant des prothèses articulaires et des valves cardiaques artificielles. Le micro-organisme en forme de raisin adhère aux équipements médicaux, et s'il pénètre dans le corps, il peut provoquer une maladie grave, voire mortelle, appelée infection à Staph. La découverte récente de souches pharmacorésistantes de S. aureus rend les choses encore pires.
Une infection Staph ne peut commencer que si Staphylocoque les cellules s'accrochent d'abord à une surface, cependant, c'est pourquoi les scientifiques travaillent dur pour explorer les matériaux résistants aux bactéries comme ligne de défense.
Cette recherche est maintenant passée à l'échelle nanométrique, grâce à une équipe de chercheurs dirigée par des scientifiques du Berkeley Lab. Ils ont enquêté, pour la première fois, comment individuel S. aureus les cellules se transforment en nanostructures métalliques de différentes formes et tailles qui ne sont pas beaucoup plus grandes que les cellules elles-mêmes.
Ils ont découvert que les taux d'adhésion et de survie des bactéries varient en fonction de la forme de la nanostructure. Leurs travaux pourraient conduire à une compréhension plus nuancée de ce qui rend une surface moins invitante pour les bactéries.
"En comprenant les préférences des bactéries lors de l'adhésion, les dispositifs d'implants médicaux peuvent être fabriqués pour contenir des caractéristiques de surface immunisées contre l'adhérence des bactéries, sans qu'aucune modification chimique ne soit nécessaire, " dit Mohammad Mofrad, un chercheur universitaire à la division des biosciences physiques du Berkeley Lab et un professeur de bio-ingénierie et de génie mécanique à l'UC Berkeley.
Mofrad a mené la recherche avec Zeinab Jahed de la division des biosciences physiques, l'auteur principal de l'étude et un étudiant diplômé du laboratoire de biomécanique des cellules moléculaires de l'UC Berkeley du Mofrad, en collaboration avec des scientifiques de l'Université canadienne de Waterloo.
Image en microscopie électronique à balayage de cellules bactériennes (bleu) suspendues aux surplombs de la nanostructure en forme de champignon. Crédit :laboratoire Mofrad et Institut de recherche en nanomécanique
Leurs recherches ont été récemment publiées en ligne dans la revue Biomatériaux .
Les scientifiques ont d'abord utilisé des techniques de lithographie et de galvanoplastie par faisceau d'électrons pour fabriquer des nanostructures de nickel de diverses formes, y compris des piliers solides, piliers évidés, piliers en forme de c, et des colonnes en forme de X. Ces caractéristiques ont des diamètres extérieurs aussi petits que 220 nanomètres. Ils ont également créé des nanostructures en forme de champignon avec de minuscules tiges et de grands surplombs.
ils ont introduit S. aureus cellules à ces structures, a donné aux cellules le temps de coller, puis rincé les structures avec de l'eau déminéralisée pour éliminer toutes les bactéries sauf les plus solidement liées.
La microscopie électronique à balayage a révélé quelles formes sont les plus efficaces pour inhiber l'adhésion bactérienne. Les scientifiques ont observé des taux de survie des bactéries plus élevés sur les piliers de forme tubulaire, où des cellules individuelles étaient partiellement enfoncées dans les trous. En revanche, les piliers sans trous avaient les taux de survie les plus bas.
Les scientifiques ont également découvert que S. aureus les cellules peuvent adhérer à un large éventail de surfaces. Les cellules adhèrent non seulement aux surfaces horizontales, comme prévu, mais aux traits très courbés, comme les parois latérales des piliers. Les cellules peuvent également être suspendues aux surplombs de nanostructures en forme de champignon.
"Les bactéries semblent sentir la nanotopographie de la surface et forment des adhérences plus fortes sur des nanostructures spécifiques, " dit Jahed.
