La figure décrit la capacité d'imagerie et l'activité antibactérienne des nanoparticules Au-Ag. Les nanoparticules Au-Ag, qui sont chargés positivement, s'agrègent sur les parois cellulaires bactériennes chargées négativement. Ils libèrent des nanoparticules d'argent et génèrent des espèces réactives de l'oxygène, qui sont des agents antibactériens. Une forte émission sous irradiation NIR permet d'imager facilement ces bactéries. L'irradiation NIR augmente également l'effet antibactérien des nanoparticules grâce à l'effet photo-thermique (génération de chaleur utilisant l'énergie convertie à partir des photons absorbés). Crédit :Université nationale de Singapour
Des chimistes de l'Université nationale de Singapour ont récemment découvert que les nanoparticules d'or-argent (Au-Ag) peuvent être utilisées pour imager et fournir un traitement simultané pour les infections bactériennes.
La propagation mondiale des infections bactériennes multirésistantes est une menace majeure pour la santé publique. Ils ont entraîné une morbidité et une mortalité importantes car peu d'agents antibactériens sont efficaces contre eux. Aussi, les infections associées aux biofilms sont apparues comme un autre défi médical en raison de la faible capacité des antibiotiques à pénétrer à travers les couches visqueuses (substances polymères extracellulaires) renfermant les bactéries. Des agents antibactériens capables de surmonter ces problèmes de résistance et d'administration aux médicaments, ainsi qu'une image efficace de la gravité des infections bactériennes auraient de nombreuses applications dans le domaine biomédical.
Un groupe de recherche dirigé par le professeur XU Qing-Hua du département de chimie, NUS a découvert que les nanoparticules de métaux nobles émettent une photoluminescence à deux photons beaucoup plus forte (2PPL) lorsqu'elles s'agrègent et forment des amas en solution. Le processus 2PPL, qui implique l'émission de lumière à des longueurs d'onde plus courtes via l'absorption de deux photons à des longueurs d'onde plus longues, est utile pour l'imagerie biologique car la matière cellulaire n'absorbe généralement pas la lumière à des longueurs d'onde plus longues (à savoir dans le proche infrarouge). Comme de nombreuses espèces biologiquement importantes (par exemple les bactéries) peuvent provoquer l'agrégation de nanoparticules métalliques, ce phénomène a des implications importantes dans la détection à deux photons, l'imagerie et la photothérapie pour les applications biomédicales.
Parmi les nanoparticules de métaux nobles disponibles, l'équipe de recherche a découvert que les nanoparticules Au-Ag (noyau Au enfermé dans une coque Ag) donnent la plus grande amélioration de 2PPL jusqu'à 800 fois lorsqu'elles forment des agrégats. En comparaison, le facteur d'amélioration est d'environ 250 fois pour les nanoparticules d'Au de taille et de forme similaires. Un facteur d'amélioration plus important signifie que les nanoparticules sont plus sensibles aux changements subtils de l'environnement chimique. Fort de cette découverte, l'équipe de recherche a démontré que ces nanoparticules Au-Ag peuvent potentiellement être utilisées efficacement pour imager les infections bactériennes et fournir un traitement antibactérien en même temps.
Le professeur Xu a dit, "L'excitation à deux photons améliorée fournit aux nanoparticules Au-Ag de puissants effets photothermiques et une activité antibactérienne supérieure. Ceci s'ajoute à leur activité antibactérienne intrinsèque via la libération d'ions d'argent et la génération d'espèces réactives de l'oxygène, qui sont encore améliorés en raison d'une efficacité d'excitation améliorée. En raison de leur activité antibactérienne exceptionnelle, ces nanoparticules ont été montrées pour éradiquer efficacement les bactéries dans les biofilms sous irradiation proche infrarouge (NIR) dans nos expériences. La sélectivité tridimensionnelle intrinsèque de l'excitation à deux photons permet la destruction sélective des cellules bactériennes sans affecter les cellules saines voisines. »
Les futurs efforts de recherche pour augmenter ces nanoparticules métalliques avec des groupes de liaison spécifiques aux cellules cancéreuses peuvent potentiellement leur permettre d'être utilisées comme agents multifonctionnels pour de nombreuses applications biomédicales.
