Des chercheurs de l’Université de Pennsylvanie et de l’Université de Stanford ont développé des nanoparticules d’or enrobées de sucre qu’ils ont utilisées à la fois pour imager et détruire les biofilms. Dans une étude publiée dans le Journal of Clinical Investigation , les auteurs ont démontré le potentiel diagnostique et thérapeutique des nanoparticules sur les dents et la peau blessée des rats et des souris, éliminant les biofilms en aussi peu qu'une minute et surpassant les antimicrobiens courants.

"Avec cette plateforme, vous pouvez éliminer les biofilms sans débrider chirurgicalement les infections, ce qui peut être nécessaire lors de l'utilisation d'antibiotiques. De plus, cette méthode pourrait traiter les patients s'ils sont allergiques aux antibiotiques ou infectés par des souches résistantes aux médicaments", a déclaré Luisa Russell. , Ph.D., directeur de programme à la Division des sciences et technologies de la découverte du NIBIB. "Le fait que cette méthode soit sans antibiotiques est un énorme point fort."

Les biofilms buccaux, également appelés plaques, formés par des bactéries telles que Streptococcus mutans peuvent provoquer des caries dentaires importantes. Les infections des plaies, généralement causées par la bactérie Staphylococcus, peuvent retarder considérablement le processus de guérison. Dans les deux cas, le réseau dense de protéines et de glucides au sein des biofilms peut empêcher les antibiotiques d'atteindre les microbes dans toute la zone affectée.

Mais le problème posé par les biofilms ne s’arrête pas là. Non seulement ils sont difficiles à supprimer, mais ils sont également difficiles à discerner en premier lieu.

Cette nouvelle recherche a identifié une solution pour résoudre ces deux problèmes d'une seule pierre :l'or.

L'or n'est pas toxique et convertit facilement l'énergie des sources lumineuses en chaleur, ce qui en fait un candidat de choix pour la thérapie photothermique, une stratégie qui utilise la chaleur des nanoparticules pour tuer les agents pathogènes à proximité. En plus de générer de la chaleur, les nanoparticules émettent des ondes ultrasonores détectables en réponse à la lumière, ce qui signifie que les particules d'or peuvent être visualisées à l'aide d'une technique appelée imagerie photoacoustique.

Dans la nouvelle étude, les auteurs ont encapsulé des sphères d’or dans des nanoparticules dorées en forme de cage plus grandes pour optimiser leur réponse à la lumière à des fins thérapeutiques et d’imagerie. Pour rendre les particules attrayantes pour les bactéries, ils les ont enrobées de dextrane, un glucide qui est un élément constitutif courant des biofilms.

Les chercheurs ont évalué leur stratégie en appliquant des nanoparticules d'or sur des dents infectées par S. mutans provenant de mâchoires de rats ex vivo.

Lors d'un test d'imagerie photoacoustique sur les dents, les nanoparticules ont émis des signaux forts et clairs, permettant à l'équipe de voir précisément où les biofilms avaient absorbé les particules recouvertes de dextrane sur les dents.

Ensuite, pour évaluer l’effet thérapeutique des particules, ils ont irradié les dents avec un laser. À titre de comparaison, ils ont traité d'autres échantillons de dents infectées avec de la chlorhexidine, un antiseptique topique.

L'équipe a observé un contraste frappant entre les résultats des deux traitements, la thérapie photothermique étant efficace à près de 100 % pour tuer les biofilms, tandis que la chlorhexidine ne diminuait pas de manière significative la viabilité des bactéries.

"La méthode de traitement est particulièrement rapide pour les infections buccales. Nous avons appliqué le laser pendant une minute, mais en réalité, en 30 secondes environ, nous tuons pratiquement toutes les bactéries", a déclaré Maryam Hajfathalian, Ph.D., première auteure de l'étude. professeur de génie biomédical au New Jersey Institute of Technology, qui a mené cette étude alors qu'il était chercheur postdoctoral à l'Université de Pennsylvanie et à l'Université de Stanford.

Les évaluations menées sur des souris présentant des plaies ouvertes sur la peau et infectées par Staphylococcus aureus ont également été couronnées de succès, car la chaleur générée par les nanoparticules a largement surpassé un autre agent antimicrobien appelé gentamicine. Ici, les chercheurs ont également mesuré et noté une élévation de température de 20°C localisée au niveau du biofilm, ne causant aucun dommage apparent aux tissus environnants.

Les auteurs indiquent qu'avec des tests plus approfondis, ils visent à montrer si la stratégie peut prévenir les caries ou accélérer la guérison.

"Je pense qu'il est important de voir à quel point ce processus est peu coûteux, simple et rapide. Puisque nous sommes limités dans l'utilisation des antibiotiques, nous avons besoin de nouveaux traitements comme celui-ci pour les remplacer", a déclaré Hajfathalian.