Étude sur les fibres de polyalcool de vinyle électrofilées incorporant un gel antimicrobien pour la libération enzymatique contrôlée d’espèces réactives de l’oxygène

Contexte académique

La peau est la première ligne de défense du corps contre les infections, et la présence de plaies compromet cette barrière, augmentant le risque d’infection. Avec l’augmentation de la résistance aux antibiotiques, le développement de nouvelles thérapies antimicrobiennes est devenu crucial. Les traitements antibiotiques traditionnels non seulement peuvent entraîner une résistance, mais aussi provoquer des effets secondaires tels que la toxicité cellulaire et organique, des réactions allergiques et des impacts négatifs sur le microbiome intestinal. Par conséquent, les traitements antimicrobiens locaux sont devenus une option privilégiée, en particulier l’intégration d’agents antimicrobiens dans les pansements pour améliorer leur efficacité et réduire leur toxicité.

Ces dernières années, les espèces réactives de l’oxygène (Reactive Oxygen Species, ROS) comme le peroxyde d’hydrogène (H2O2) ont attiré l’attention en raison de leurs propriétés antimicrobiennes. Les ROS non seulement tuent les agents pathogènes, mais jouent également un rôle important dans les différentes étapes de la cicatrisation des plaies. Cependant, la réalisation d’une libération continue de ROS tout en assurant une concentration efficace au niveau de la plaie reste un défi. Pour relever ce défi, les chercheurs ont développé un gel antimicrobien appelé RO-101®, capable de libérer du H2O2 localement dans la plaie par une réaction enzymatique. Cependant, l’application directe du gel en milieu clinique pose des problèmes, tels que la difficulté à maintenir un contact direct avec la plaie et une action antimicrobienne de courte durée.

Pour résoudre ces problèmes, les chercheurs ont tenté d’intégrer le gel RO-101® dans des fibres de polyalcool de vinyle (Polyvinyl Alcohol, PVA) électrofilées, afin de créer un pansement antimicrobien capable de libérer du H2O2 de manière continue. La technologie d’électrofilage permet de produire des nanofibres avec une surface spécifique élevée et une porosité importante, ce qui en fait un vecteur idéal pour la délivrance de médicaments. De plus, le PVA possède une excellente biocompatibilité et solubilité dans l’eau, ce qui le rend adapté à l’ingénierie tissulaire et aux pansements pour plaies.

Source de l’article

Cet article a été co-écrit par Joel Yupanqui Mieles, Cian Vyas, Evangelos Daskalakis et d’autres chercheurs, affiliés au Département de génie mécanique, aérospatial et civil de l’Université de Manchester au Royaume-Uni, à l’École de génie mécanique et aérospatial de l’Université technologique de Nanyang à Singapour, entre autres institutions. L’article a été publié en ligne le 7 novembre 2024 dans la revue Bio-design and Manufacturing, avec le DOI 10.1007/s42242-024-00312-3.

Processus de recherche et résultats

1. Fabrication des fibres PVA/RO-101 électrofilées

Les chercheurs ont d’abord préparé une solution de PVA, qu’ils ont mélangée avec le gel RO-101® pour former une solution polymère homogène. Pour améliorer l’uniformité des fibres, un agent tensioactif, le Triton-X 100, a été ajouté. Ensuite, un système d’électrofilage vertical a été utilisé pour produire les fibres PVA/RO-101. En ajustant la concentration de RO-101®, les chercheurs ont fabriqué des fibres PVA/RO-101 avec différentes proportions : PVA RO20, PVA RO30, PVA RO40 et PVA RO50.

2. Caractérisation de la morphologie et de la structure chimique des fibres

À l’aide de la microscopie électronique à balayage (SEM), les chercheurs ont observé que toutes les fibres présentaient une morphologie lisse et uniforme, avec des diamètres compris entre 200 et 500 nanomètres. Avec l’augmentation de la concentration de RO-101®, le diamètre des fibres augmentait progressivement. Une analyse par spectroscopie RMN (Résonance Magnétique Nucléaire) a confirmé que le gel RO-101® avait été intégré avec succès dans les fibres de PVA, sans modification significative de sa structure chimique pendant le processus d’électrofilage.

3. Évaluation de la libération de H2O2

Les chercheurs ont utilisé le kit Amplex® Red pour mesurer la libération de H2O2 par les fibres PVA/RO-101. Les résultats ont montré que les fibres PVA/RO-40 libéraient une concentration de H2O2 supérieure à 1 mmol/(g·ml) en 24 heures, et que la quantité de H2O2 libérée augmentait significativement avec la concentration de RO-101®. De plus, les chercheurs ont évalué l’impact de différentes méthodes de stérilisation (rayonnement ultraviolet et rayons gamma) sur la libération de H2O2, constatant que la stérilisation par rayons gamma avait un impact moindre sur la libération de H2O2, tandis que la stérilisation par UV réduisait significativement cette libération.

4. Tests d’activité antimicrobienne

Les chercheurs ont évalué l’activité antimicrobienne des fibres PVA/RO-101 à travers des tests de diffusion sur gélose et des tests de destruction bactérienne sur 24 heures. Les résultats ont montré que les fibres PVA/RO-40 présentaient une activité antimicrobienne significative contre les bactéries Gram-positives (comme Staphylococcus aureus) et Gram-négatives (comme Pseudomonas aeruginosa), réduisant les unités formant des colonies (UFC) d’un facteur logarithmique. De plus, les fibres PVA/RO-101 étaient capables d’inhiber efficacement la formation de biofilms, en particulier contre des souches résistantes comme le Staphylococcus aureus résistant à la méticilline (SARM).

5. Tests de biocompatibilité cellulaire

Pour évaluer la biocompatibilité des fibres PVA/RO-101, les chercheurs ont réalisé des tests de viabilité et de prolifération des fibroblastes. Les résultats ont montré que de faibles concentrations de RO-101® (comme dans PVA RO20) n’avaient pas d’impact significatif sur la viabilité et la prolifération cellulaire, démontrant une bonne biocompatibilité. Cependant, avec l’augmentation de la concentration de RO-101®, la viabilité et la prolifération cellulaire diminuaient progressivement, indiquant une possible toxicité cellulaire à des concentrations élevées.

Conclusion et signification

Cette étude a réussi à intégrer le gel antimicrobien RO-101® dans des fibres de PVA électrofilées, créant ainsi un pansement antimicrobien capable de libérer du H2O2 de manière continue. Ce pansement présente non seulement une excellente activité antimicrobienne, mais est également capable d’inhiber la formation de biofilms, en particulier contre les souches résistantes aux antibiotiques. De plus, les fibres PVA/RO-101 montrent une bonne biocompatibilité, les rendant adaptées à la cicatrisation des plaies et aux applications d’ingénierie tissulaire.

La valeur scientifique de cette étude réside dans la proposition d’une nouvelle méthode de fabrication de pansements antimicrobiens, utilisant la technologie d’électrofilage pour réaliser une libération continue de ROS, résolvant ainsi les limitations des gels traditionnels en milieu clinique. De plus, l’étude met en lumière l’impact des différentes méthodes de stérilisation sur la libération de H2O2, fournissant des informations précieuses pour le développement futur de pansements antimicrobiens.

Points forts de l’étude

1. Pansement antimicrobien innovant : L’intégration du gel RO-101® dans des fibres de PVA par électrofilage permet une libération continue de H2O2, surmontant les limitations des gels traditionnels.
2. Activité antimicrobienne exceptionnelle : Les fibres PVA/RO-101 montrent une activité antimicrobienne significative contre diverses bactéries (y compris les souches résistantes) et inhibent la formation de biofilms.
3. Bonne biocompatibilité cellulaire : De faibles concentrations de RO-101® n’affectent pas la viabilité et la prolifération cellulaire, les rendant adaptées à la cicatrisation et à l’ingénierie tissulaire.
4. Impact des méthodes de stérilisation : L’étude révèle l’impact des différentes méthodes de stérilisation sur la libération de H2O2, offrant des informations cruciales pour le développement de pansements antimicrobiens.

Cette étude ouvre de nouvelles perspectives pour le développement de pansements antimicrobiens, avec des applications cliniques prometteuses.