Le matériau antibactérien restaure l'efficacité des antibiotiques contre les bactéries résistantes
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Des recherches menées par l'Université de technologie Chalmers, en Suède, montrent que les bactéries résistantes peuvent retrouver leur sensibilité aux antibiotiques lorsque le traitement est associé à un matériau doté de peptides antibactériens. L'étude, réalisée en laboratoire, montre que les antibiotiques peuvent multiplier par 64 leur effet bactéricide lorsqu'ils sont utilisés avec le matériau, dont les propriétés antibactériennes sont également grandement améliorées par cette combinaison.
Ce matériau bactéricide a été développé pour des applications médicales et est étudié par les chercheurs depuis de nombreuses années. Il a montré une forte capacité à tuer de nombreux types de bactéries, y compris celles résistantes aux antibiotiques. Le matériau est constitué d'un hydrogel spécialement conçu qui contient des peptides antibactériens, des molécules qui servent également de composants de base aux protéines.
Pour permettre l’utilisation clinique du matériau peptidique, notamment en combinaison avec des traitements standards tels que les antibiotiques, les chercheurs ont dû s’assurer que le matériau n’a pas d’impact négatif sur l’efficacité des antibiotiques lorsqu’il est utilisé simultanément.
L'étude a donné des résultats étonnamment positifs : les antibiotiques sont au contraire devenus plus efficaces en combinaison avec le matériau. Les chercheurs ont également découvert un effet synergique contre certaines bactéries résistantes, où les effets antibactériens du matériau peptidique et des antibiotiques étaient non seulement additifs mais considérablement renforcés lorsqu'ils étaient utilisés ensemble. Cela n'avait jamais été démontré auparavant.
« Lorsque les particules de l'hydrogel entraient en contact étroit avec les bactéries, celles-ci s'affaiblissaient et devenaient plus sensibles au traitement antibiotique. Dans certains cas, les antibiotiques devenaient à nouveau efficaces contre des bactéries jusque-là résistantes », explique Annija Stepulane, doctorante en chimie appliquée à Chalmers et première auteure de l'article scientifique.
Les bactéries résistantes retrouvent leur sensibilité
Le matériel peptidique a été testé dans des cultures bactériennes, en association avec deux antibiotiques différents : l'oxacilline et la vancomycine. Les bactéries utilisées dans les expériences étaient deux types de staphylocoques (S. aureus), dont l'une est une souche résistante à plusieurs antibiotiques (SARM).
L’effet le plus puissant observé dans l’étude a été observé avec le SARM, en particulier lorsque le matériau était associé à l’oxacilline, un antibiotique auquel les bactéries sont normalement résistantes. Cette combinaison a réduit la concentration efficace d’oxacilline de 64 fois par rapport à l’utilisation de l’antibiotique seul. Par conséquent, la concentration d’oxacilline est tombée en dessous du seuil à partir duquel les bactéries sont classées comme résistantes au médicament.
Avec la vancomycine, la concentration efficace a également été abaissée lorsque le médicament a été associé à l’hydrogel, bien que cet effet soit additif plutôt que synergique.
Traitement stable et actif dans le temps
Les chercheurs ont déjà essayé de combiner des peptides antimicrobiens avec des antibiotiques, mais jusqu'à présent, ils n'ont utilisé que des peptides en solution. Sous cette forme, les peptides sont très sensibles et perdent leur efficacité lorsqu'ils sont exposés à des fluides corporels, comme le sang. Cependant, lorsque les peptides sont fixés à un hydrogel, ils deviennent nettement plus stables et peuvent être actifs plus longtemps.
Les chercheurs de Chalmers ont déjà mesuré une activité bactéricide sur plusieurs jours avec l’hydrogel, contre quelques heures avec les peptides en solution. Ils voient de nombreux avantages à cette formulation.
« Le matériau à base de peptides peut être appliqué localement, sur une partie limitée du corps, de sorte que l'ensemble du corps n'est pas affecté. Le matériau est non toxique et ne provoque aucun effet secondaire indésirable », explique Martin Andersson, directeur de recherche et professeur de chimie appliquée à Chalmers.
Freiner les infections et réduire le risque de complications
L'hydrogel, qui peut également être formulé sous forme de particules dans un spray, peut augmenter la sécurité et l'efficacité d'un traitement antibiotique administré au patient. Une application potentielle de cette découverte est le traitement des plaies.
« Souvent, on ne sait pas au début du traitement si les bactéries à l'origine de l'infection de la plaie sont résistantes à un antibiotique particulier. L'application simultanée du peptide sur la plaie augmente la probabilité que l'antibiotique soit efficace contre les bactéries. On peut alors guérir l'infection sans avoir à utiliser d'autres types d'antibiotiques », explique Martin Andersson.
Étant donné que le matériau peptidique n’a qu’un impact positif sur le processus de guérison, les chercheurs voient également de grands avantages à l’utiliser comme traitement standard pour prévenir les infections des plaies.
« Ce matériau pourrait être utilisé dans les milieux de soins, par exemple après une intervention chirurgicale – une possibilité déjà disponible pour les soins vétérinaires dans certains pays – et à domicile. Il pourrait fonctionner comme un pansement ordinaire, notamment pour les personnes inquiètes des infections. Cela peut être particulièrement intéressant dans les zones à forte prévalence d'infections résistantes, comme certaines régions d'Afrique et d'Asie, où une prudence accrue est nécessaire en cas de blessures », explique Martin Andersson.
En savoir plus sur : les résultats de la recherche et le matériel peptidique
Les peptides antimicrobiens sont naturellement présents dans notre corps et leurs fortes propriétés bactéricides sont connues depuis longtemps. Les cellules bactériennes meurent parce que les peptides endommagent leurs membranes cellulaires, principalement par une interaction entre les charges positives des peptides et les charges négatives des membranes bactériennes.
Des effets synergétiques entre peptides et antibiotiques ont déjà été démontrés, mais uniquement avec des peptides libres en solution, qui sont difficiles à utiliser cliniquement car ils se dégradent rapidement. L'étude actuelle est la première à montrer l'efficacité de peptides liés à un matériau, ce qui les rend suffisamment stables pour une application clinique.
Les chercheurs de Chalmers ont déjà montré que le matériau tue 99,99 % des bactéries cutanées et que son effet bactéricide dure plus de deux jours. Cela permet d'utiliser le matériau dans de nombreux produits différents, comme les matériaux de soin des plaies et les revêtements des dispositifs médicaux utilisés dans le corps.
Les chercheurs ont des théories sur les causes de l’effet synergique avec les antibiotiques, mais les mécanismes moléculaires restent à explorer.
En savoir plus : recherche et développement de produits
La recherche sur le matériau antibactérien est menée en étroite collaboration avec la société dérivée Amferia, qui travaille à la commercialisation des résultats de l'Université de technologie de Chalmers.
Cet automne, un pansement pour plaies contenant l'hydrogel est commercialisé dans huit pays européens différents, destiné à un usage vétérinaire. Une demande d'homologation pour un pansement pour plaies destiné aux humains a été déposée pour le marché américain, et les chercheurs prévoient qu'il sera disponible dans ce pays d'ici un an. L'introduction sur le marché européen prendra un peu plus de temps en raison de réglementations différentes.
L'étude intitulée Antibiotic effectiveness of antibiotic peptide-functionized hydrogel particules combined with vancomycin and oxacillin antibiotics a été publiée dans la revue scientifique International Journal of Pharmaceutics . L'étude a été menée par Annija Stepulane (Chalmers University of Technology), Anand Kumar Rajasekharan (Amferia) et Martin Andersson (Chalmers University of Technology et Amferia).
Annija Stepulane soutiendra sa thèse de doctorat « Soft Amphiphilic Biomaterials for Antibiotic Applications » à Chalmers le 12 décembre.