Les Centers for Disease Control and Prevention estiment que plus de 2,8 millions d'Américains souffrent chaque année d'infections résistantes aux antibiotiques; plus de 35 000 meurent de ces infections.

Pour résoudre ce problème de santé publique critique et mondial, une équipe de chercheurs dirigée par Hongjun (Henry) Liang, Ph.D., du Texas Tech University Health Sciences Center (TTUHSC) Department of Cell Physiology and Molecular Biophysics, a récemment étudié si ou pas une série de nouvelles nanoparticules ne peut tuer certains des agents pathogènes qui conduisent à l'infection humaine sans affecter les cellules saines.

L'étude, "Les nanoparticules hydrophiles qui tuent les bactéries tout en épargnant les cellules de mammifères révèlent le rôle antibiotique des nanostructures", a été publiée le 11 janvier par Nature Communications .

Des recherches antérieures ont montré que l'hydrophobicité (la capacité d'une molécule à repousser l'eau) et l'hydrophilie (la capacité d'une molécule à attirer et à se dissoudre dans l'eau) affectent les cellules; plus une substance est hydrophobe, plus la réaction qu'elle provoquera sera néfaste. Cependant, a déclaré Liang, il n'y a pas de norme quantitative pour déterminer le degré d'hydrophobicité acceptable.

"En gros, vous pouvez tuer les bactéries lorsque vous augmentez l'hydrophobicité", a déclaré Liang. "Mais cela tuera également les cellules saines, et nous ne voulons pas cela."

Pour leur étude, l'équipe de Liang a utilisé de nouvelles nanoparticules hydrophiles connues sous le nom de nanoantibiotiques qui ont été développées par le laboratoire de Liang. Structurellement parlant, ces nouveaux nanoantibiotiques ressemblent à de minuscules sphères poilues, chacune composée de nombreuses brosses en polymère hydrophile greffées sur des nanoparticules de silice de différentes tailles.

Ces composés synthétiques, produits par le laboratoire de Liang, sont conçus pour tuer les bactéries via des perturbations membranaires comme le font les peptides antimicrobiens, mais via un mode différent de remodelage membranaire qui endommage les membranes bactériennes et non les cellules de mammifères. Les peptides antimicrobiens sont une classe diversifiée de molécules amphipathiques (partiellement hydrophiles-partiellement hydrophobes), qui se produisent naturellement et servent de première ligne de défense pour tous les organismes multicellulaires. L'utilisation directe de peptides antimicrobiens comme antibiotiques est limitée par leur stabilité et leur toxicité.

Il y a eu d'autres études dans lesquelles des chercheurs ont greffé des molécules amphipathiques sur des nanoparticules, et elles aussi tuent les bactéries. Cependant, Liang a déclaré que le principal problème lié à l'utilisation de molécules amphipathiques est qu'il devient très difficile de trouver le bon équilibre entre leur hydrophobicité et leur hydrophilie afin que la toxicité de ces molécules pour nos propres cellules soit considérablement réduite.

"Dans notre cas, nous supprimons cette incertitude de l'équation car nous avons commencé avec un polymère hydrophile", a souligné Liang. "La cytotoxicité des fractions hydrophobes n'est plus un problème. Ces polymères hydrophiles par eux-mêmes, ou les nanoparticules de silice seules ne tuent pas les bactéries; ils doivent être greffés sur la nanostructure pour pouvoir tuer les bactéries. Et donc, c'est le première découverte importante."

L'équipe de Liang a également découvert que le degré d'activité antibiotique est affecté par la taille des sphères velues, ce qui, selon Liang, est la deuxième découverte importante de cette recherche. Ceux mesurant 50 nanomètres et moins semblent être beaucoup plus actifs que ceux dont la taille dépasse 50 nanomètres. Liang a déclaré que ceux mesurant environ 10 nanomètres semblent être les plus actifs. (En utilisant la diffusion synchrotron des rayons X aux petits angles et d'autres méthodes, l'équipe Liang est capable d'interpréter le mécanisme moléculaire de l'activité antibiotique dépendante de la taille.)

Ces découvertes sont importantes car l'utilisation de nanoantibiotiques pour tuer les bactéries échappe à tous les mécanismes connus de résistance bactérienne à moins que les bactéries ne réorganisent complètement leurs voies de fabrication des membranes cellulaires, ce qui, selon Liang, est peu probable.

"Il est également presque impossible pour les bactéries de développer une nouvelle résistance contre les nanoantibiotiques", a souligné Liang. "De plus, cette découverte éclaire un plan pour développer de nouveaux antibiotiques qui tueraient les bactéries au contact, mais resteraient aimables pour les humains car ils sont produits à l'aide d'ingrédients non toxiques et respectueux de l'environnement via la nano-ingénierie." + Explorer plus loin

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