Alors que les superbactéries deviennent de plus en plus dangereuses pour la santé humaine, les chercheurs de NC State ont développé un matériau souple qui préserve les médicaments capables de traiter les infections sans risque de résistance aux antimicrobiens.

Avec son collègue Christopher Gorman du Département de chimie et les étudiants Ryan Smith et Juliana O'Brien, Stefano Menegatti, chercheur universitaire et professeur agrégé de génie chimique et biomoléculaire, a développé de nouveaux dendrimères - des macromolécules hautement structurées - qui agissent comme une colle autour des modèles de nanoparticules. Ces modèles incluent les bactériophages, qui sont des virus qui peuvent infecter et attaquer les bactéries nocives dans le corps. Bien qu'ils puissent être une alternative aux antibiotiques traditionnels, ils peuvent être difficiles à formuler et à stabiliser en tant que médicament. Pour rester sûrs et efficaces, les bactériophages thérapeutiques doivent être protégés des changements environnementaux.

Menegatti et son équipe ont découvert que les dendrimères combinés à de courtes chaînes d'acides aminés, ou peptides, peuvent entourer les nanoparticules et les maintenir stables dans diverses conditions. Leur équipe appelle ces dendrimères DendriPeps. Comme les nanoparticules sont en suspension dans l'eau, ces DendriPeps solubles les maintiennent dans un système fermé et stable.

"Ces revêtements de dendrimère maintiennent la teneur en eau à l'intérieur d'un virus tout en agissant comme une éponge à protons, protégeant le virus des changements de sel ou de pH", a déclaré Menegatti. "C'est une barrière souple mais imperméable. Elle maintient un environnement agréable pour le virus."

Une fois que les DendriPeps ont enrobé les nanoparticules, un cisaillement localisé déclenche leur libération et leur activité thérapeutique. Les matériaux souples peuvent être conçus pour répondre physiquement et chimiquement à des stimuli tels que la température, la pression et l'humidité. Le cisaillement est un stimulus idéal pour les applications d'administration de médicaments car il est presque omniprésent dans tout le corps. Les paupières provoquent un cisaillement lors du clignotement; les déchets cisaillent la paroi intestinale lors de la digestion; le cisaillement est créé lorsque l'on frotte quelque chose sur la peau. Cela permet à DendriPeps de traiter les infections locales.

"Le cisaillement est souvent un stimulus oublié", a déclaré Menegatti. "Avec cette invention, nous voulions combler cette lacune, et Dendripeps a offert une opportunité incroyable de le faire."

When a cluster of DendriPep-coated nanoparticles is sheared, it degranulates, releasing the single particles. These particles can in turn release a therapeutic payload, or, like the bacteriophages, infect and kill dangerous bacteria. When therapeutic action is not needed, shear is removed and the particles are recoated with DendriPeps and recluster. This stops the payload release.

This formulation can protect bacteriophages. This offers a way of replacing antibiotics in some critical applications:The widespread use of antibiotics has developed superbugs—bacteria that are resistant to standard doses of antibiotics. The research team is also developing more DendriPep-based nanomedicines to deliver new drugs like viral vectors in gene therapy.

In the past few years, Menegatti has been honored as a Goodnight Early Career Innovator and an NC State Faculty Scholar. He has also received an ALCOA Foundation Research Achievement Award, a Chancellor's Innovation Fund grant, and an NSF Early Career award. Currently, his research has shifted toward gene therapy manufacturing technology and creating more efficient production processes. It's in a similar vein to his dendrimer research:He's seeking ways to overcome natural and systematic hurdles in biomedicine. His goal is to improve manufacturing of and access to better medicine.

"DendiPeps could be the missing link in material sciences to make therapeutic viruses the center of the next-generation antimicrobials and drugs," Menegatti said. + Explorer plus loin

Bacterial viruses:Faithful allies against antibiotic resistance