Les bactéries intrépides ont colonisé des environnements extrêmes, adaptés à de vastes températures et fluctuations de pH, et acclimaté à divers hôtes. Parmi ces multitudes d'espèces, il y a le club exclusif de bonnes bactéries qui ont d'énormes avantages pour l'homme et peuvent être exploités pour des interventions thérapeutiques.
Cependant, un problème connu en génie biomédical contrôle la livraison de bonnes bactéries à un site cible du corps humain. Certaines approches pourraient inclure les bactéries en matière synthétique, comme les hydrogels, qui se dissolvent au fil du temps. Mais ce type de livraison est de courte durée.
Dans une nouvelle étude, les chercheurs Texas A&M ont conçu des matériaux qui offrent de bonnes bactéries sur des durées plus longues.
Ils ont découvert que les bactéries probiotiques se développent et se multiplient dans l'hydrogel, ils exercent une pression sur le matériau, ce qui la faisait éventuellement se fracturer. Ainsi, la manipulation de la rigidité de l'hydrogel pourrait influencer la rapidité avec laquelle les bactéries divisent, forment des colonies, puis se libérer de l'hydrogel.
Ces résultats sont publiés dans la revue MATÉRIAUX ET INTERFACES APS.
À des doses appropriées, les bonnes bactéries offrent plusieurs avantages aux organismes hôtes, notamment la modulation du microbiome intestinal, influençant les réponses immunitaires et combattant les agents pathogènes. L'exemple le plus connu de probiotiques en santé humaine est les compléments alimentaires qui peuvent renforcer la santé intestinale. Mais contrairement à l'intestin, d'autres zones du corps peuvent être difficiles à atteindre.
« Pour l'intestin, vous pouvez prendre un supplément ou manger des probiotiques contenant des aliments, mais vous pouvez imaginer que la vessie, un site commun pour les infections des voies urinaires, ne peut pas être directement atteinte en ingérant des probiotiques », a déclaré le Dr Taylor Ware, professeur agrégé au Département de génie biomédical et de sciences des matériaux.
Pour ces zones difficiles d'accès du corps, les micro-organismes peuvent être livrés à l'aide d'hydrogels, de matériaux similaires à ceux utilisés dans les lentilles de contact souples. Les hydrogels servent de plates-formes idéales pour encapsuler les bactéries et agir comme des usines probiotiques sur place, permettant aux bactéries de se développer dans l'hydrogel sur le site cible. Ces bactéries commencent alors à échapper à l'hydrogel régulièrement mais s'épuisent rapidement.
« Je pense que le grand défi est une libération soutenue, c'est-à-dire non seulement pour amener les bactéries dans le domaine d'intérêt, mais garder l'appareil là-bas et livrer les bactéries à un rythme contrôlé pendant une longue période », a déclaré Ware.
Pour étudier les mécanismes de libération microbienne, les chercheurs ont intégré différents bons micro-organismes, tels que Escherichia coli et la levure, dans des hydrogels mous. Ils ont génétiquement modifié les bactéries pour briller lorsqu'elles sont vues au microscope, permettant aux chercheurs de suivre si les bactéries sont restées dans l'hydrogel pendant qu'ils colonisaient le matériau ou ont été libérés.
Les chercheurs ont ensuite placé l'hydrogel chargé de bactéries dans un milieu de culture pour encourager la croissance microbienne. Ils ont constaté qu'après une durée spécifique, les colonies croissantes de bactéries provoquaient de petites fissures dans l'hydrogel, s'échappant finalement dans l'environnement environnant.
« Au fur et à mesure que les bactéries grandissent et prolifèrent, ils poussent dans les environnements environnants, et quand ils le font finalement, ils provoquent la rupture de ce matériel », a déclaré Ware. « L'ensemble du matériau ne se divise pas en morceaux; au lieu de cela, de minuscules fractures se produisent, fournissant un chemin pour que les cellules se déplacent à la surface et se libérent. »
Les chercheurs ont constaté que peaufiner les propriétés mécaniques de l'hydrogel, par exemple, en le rendant plus rigide, ils pourraient contrôler la croissance et la libération bactériennes.
« Il y a un travail très limité qui a été fait sur la livraison de micro-organismes utilisant des matériaux synthétiques », a déclaré Ware. « Nos recherches sont une étape importante dans le développement de dispositifs médicaux qui peuvent libérer des bactéries sur une période soutenue pour modifier le cours des infections sans utiliser d'antibiotiques. »
