Interprétation d'un artiste de la façon dont les cellules bactériennes d'une matrice de disques en or nanoporeux sont tuées après exposition à la lumière proche infrarouge. Crédit :Greggy M. Santos et Wei-Chuan Shih
Les chercheurs ont développé une nouvelle technique pour tuer les bactéries en quelques secondes à l'aide de nanodisques d'or hautement poreux et de lumière, selon une étude publiée aujourd'hui dans Matériaux optiques Express , un journal publié par The Optical Society. La méthode pourrait un jour aider les hôpitaux à traiter certaines infections courantes sans utiliser d'antibiotiques, ce qui pourrait aider à réduire le risque de propagation de la résistance aux antibiotiques.
"Nous avons montré que toutes les bactéries ont été tuées assez rapidement... en 5 à 25 secondes. C'est un processus très rapide, " a déclaré l'auteur correspondant Wei-Chuan Shih, professeur au département de génie électrique et informatique, Université de Houston, Texas.
Les scientifiques créent des nanoparticules d'or en laboratoire en dissolvant de l'or, réduire le métal en morceaux déconnectés de plus en plus petits jusqu'à ce que la taille doive être mesurée en nanomètres. Un nanomètre équivaut à un milliardième de mètre. Un cheveu humain a entre 50, 000 à 100, 000 nanomètres de diamètre. Une fois miniaturisé, les particules peuvent être façonnées sous diverses formes, y compris des tiges, triangles ou disques.
Des recherches antérieures montrent que les nanoparticules d'or absorbent fortement la lumière, convertir rapidement les photons en chaleur et atteindre des températures suffisamment élevées pour détruire divers types de cellules voisines, y compris les cellules cancéreuses et bactériennes.
En 2013, Shih et ses collègues de l'Université de Houston ont créé un nouveau type de nanoparticule en forme de disque d'or mesurant quelques centaines de nanomètres de diamètre. Les disques sont criblés de pores, conférant aux particules un aspect spongieux qui contribue à augmenter leur efficacité de chauffage tout en maintenant leur stabilité, dit Shih.
Images SEM d'E. coli (a, b et c), B. subtilis (d, e et f) et Exiguobacterium sp. AT1b (g, h et I) cellules déposées sur des matrices de disques en or nanoporeux. Cellules bactériennes dans les images A, D et G n'ont pas été exposés à la lumière proche infrarouge. Toutes les autres cellules ont été exposées pendant 25 secondes. Crédit :Greggy M. Santos et Wei-Chuan Shih
Dans le nouveau travail, les chercheurs ont entrepris de tester les propriétés antimicrobiennes de leurs nouvelles nanoparticules lorsqu'elles sont activées par la lumière. Ils ont fait pousser des bactéries en laboratoire, y compris E. coli et deux types de bactéries résistantes à la chaleur qui se développent même dans les environnements les plus brûlants tels que les sources chaudes du parc national de Yellowstone.
Puis, ils ont placé les cellules bactériennes à la surface d'un revêtement monocouche des minuscules disques et ont projeté la lumière infrarouge proche d'un laser sur eux. Après, ils ont utilisé des tests de viabilité cellulaire et l'imagerie SEM pour voir quel pourcentage de cellules a survécu à la procédure.
A l'aide d'une caméra thermique, l'équipe de recherche a montré que la température de surface des particules atteignait des températures allant jusqu'à 180 degrés Celsius presque instantanément, « délivrer des chocs thermiques » dans le réseau environnant. Par conséquent, toutes les cellules bactériennes ont été tuées en 25 secondes, rapportent les chercheurs.
E. coli s'est avérée la plus vulnérable au traitement; toutes ses cellules étaient mortes après seulement cinq secondes d'exposition au laser. Les deux autres types de bactéries ont nécessité les 25 secondes complètes, mais c'est quand même beaucoup plus rapide que les méthodes de stérilisation traditionnelles telles que l'eau bouillante ou l'utilisation de fours à chaleur sèche, ce qui peut prendre de quelques minutes à une heure pour travailler, dit Shih. Et c'est « considérablement plus court » que ce que d'autres réseaux de nanoparticules ont démontré dans des études récentes, écrivent les chercheurs. Le temps nécessaire pour atteindre des niveaux similaires de mort cellulaire dans ces études varie de 1 à 20 minutes.
Dans les essais de contrôle, les chercheurs ont découvert que ni les disques d'or ni la lumière du laser ne tuaient à eux seuls presque autant de cellules.
La technique a d'importantes applications biomédicales potentielles, dit Shih. Actuellement, les chercheurs étudient l'utilisation des particules comme simple revêtement pour les cathéters afin de réduire le nombre d'infections des voies urinaires dans les hôpitaux.
"Toute sorte de procédure activée par la lumière serait beaucoup plus facile à mettre en œuvre au chevet d'un patient, " au lieu de retirer et éventuellement de remplacer le cathéter à chaque fois qu'il doit être nettoyé, il a dit.
Une autre application potentielle qu'ils explorent est l'intégration des nanoparticules avec des membranes filtrantes dans de petits filtres à eau, il a dit, pour aider à améliorer la qualité de l'eau.
