La résistance aux antibiotiques est un problème croissant, en particulier parmi un type de bactéries classées comme "Gram-négatives". Ces bactéries ont deux membranes cellulaires, rendant plus difficile pour les médicaments de pénétrer et de tuer les cellules.

Des chercheurs du MIT et d'autres institutions espèrent utiliser la nanotechnologie pour développer des traitements plus ciblés pour ces insectes résistants aux médicaments. Dans une nouvelle étude, ils rapportent qu'un peptide antimicrobien emballé dans une nanoparticule de silicium a considérablement réduit le nombre de bactéries dans les poumons de souris infectées par Pseudomonas aeruginosa, une maladie causant une bactérie à Gram négatif qui peut conduire à une pneumonie.

Cette approche, qui pourrait également être adapté pour cibler d'autres infections bactériennes difficiles à traiter comme la tuberculose, est calqué sur une stratégie que les chercheurs ont déjà utilisée pour fournir des médicaments anticancéreux ciblés.

"Il y a beaucoup de similitudes dans les défis de livraison. Dans l'infection, comme dans le cancer, le nom du jeu tue sélectivement quelque chose, utiliser un médicament qui a des effets secondaires potentiels, " dit Sangeeta Bhatia, le professeur John et Dorothy Wilson de sciences et technologies de la santé, de génie électrique et d'informatique et membre du Koch Institute for Integrative Cancer Research et de l'Institute for Medical Engineering and Science du MIT.

Bhatia est l'auteur principal de l'étude, qui paraît dans le journal Matériaux avancés . L'auteur principal est Ester Kwon, chercheur à l'Institut Koch. Les autres auteurs sont Matthew Skalak, un diplômé du MIT et ancien technicien de recherche de l'Institut Koch; Alessandro Bertucci, une boursière postdoctorale Marie Curie à l'Université de Californie à San Diego; Gary Braun, un post-doctorat au Sanford Burnham Prebys Medical Discovery Institute; Francesco Ricci, professeur associé à l'Université de Rome Tor Vergata; Erkki Ruoslahti, professeur au Sanford Burnham Prebys Medical Discovery Institute; et Michael Sailor, professeur à l'UCSD.

Peptides synergiques

Alors que les bactéries deviennent de plus en plus résistantes aux antibiotiques traditionnels, une alternative que certains chercheurs explorent est celle des peptides antimicrobiens, des protéines défensives naturelles qui peuvent tuer de nombreux types de bactéries en perturbant les cibles cellulaires telles que les membranes et les protéines ou les processus cellulaires tels que la synthèse des protéines.

Il y a quelques années, Bhatia et ses collègues ont commencé à étudier la possibilité de délivrer des peptides antimicrobiens de manière ciblée à l'aide de nanoparticules. Ils ont également décidé d'essayer de combiner un peptide antimicrobien avec un autre peptide qui aiderait le médicament à traverser les membranes bactériennes. Ce concept a été construit sur des travaux antérieurs suggérant que ces « peptides en tandem » pourraient tuer efficacement les cellules cancéreuses.

Pour le peptide antimicrobien, les chercheurs ont choisi une toxine bactérienne synthétique appelée KLAKAK. Ils ont attaché cette toxine à une variété de "peptides de trafic, " qui interagissent avec les membranes bactériennes. Sur 25 peptides tandem testés, le meilleur s'est avéré être une combinaison de KLAKAK et d'un peptide appelé lactoferrine, qui était 30 fois plus efficace pour tuer Pseudomonas aeruginosa que les peptides individuels ne l'étaient seuls. Il a également eu des effets toxiques minimes sur les cellules humaines.

Pour minimiser davantage les effets secondaires potentiels, les chercheurs ont emballé les peptides dans des nanoparticules de silicium, qui empêchent les peptides d'être libérés trop tôt et d'endommager les tissus en route vers leurs cibles. Pour cette étude, les chercheurs ont livré les particules directement dans la trachée, mais à usage humain, ils prévoient de concevoir une version qui pourrait être inhalée.

Après que les nanoparticules ont été livrées à des souris atteintes d'une infection bactérienne agressive, ces souris avaient environ un millionième du nombre de bactéries dans leurs poumons que les souris non traitées, et ils ont survécu plus longtemps. Les chercheurs ont également découvert que les peptides pouvaient tuer des souches de Pseudomonas résistantes aux médicaments prélevées sur des patients et cultivées en laboratoire.

Adapter les concepts

Les maladies infectieuses sont un domaine de recherche relativement nouveau pour le laboratoire de Bhatia, qui a passé la majeure partie des 17 dernières années à développer des nanomatériaux pour traiter le cancer. Il y a quelques années, elle a commencé à travailler sur un projet financé par la Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) pour développer des traitements ciblés pour les infections du cerveau, qui a conduit au nouveau projet sur les infections pulmonaires.

« Nous avons adapté beaucoup des mêmes concepts de notre travail sur le cancer, y compris augmenter la concentration locale de la cargaison et ensuite faire interagir sélectivement la cargaison avec la cible, qui est maintenant une bactérie au lieu d'une tumeur, " dit Bhatia.

Elle travaille maintenant sur l'incorporation d'un autre peptide qui aiderait à cibler les peptides antimicrobiens au bon endroit dans le corps. Un projet connexe consiste à utiliser des peptides de trafic pour aider les antibiotiques existants qui tuent les bactéries Gram-positives à traverser la double membrane des bactéries Gram-négatives, leur permettant de tuer ces bactéries ainsi.