Effets antibactériens des nanoparticules de cuivre, oxyde de cuivre et oxyde de fer

L'augmentation de la longévité de la population occidentale induit une augmentation de l'utilisation des implants médicaux. Ces implants peuvent être contaminés par des bactéries résistantes causant l'apparition d'infections nosocomiales (IN) qui sont aujourd'hui un problème clinique majeur. Le traitement commun contre les bactéries est l'utilisation d'antibiotiques due à leur rapidité et efficacité. Cependant, un trop long contact des bactéries aux antibiotiques a causé la résistance de ces dernières. Ajoutant à ce problème, les bactéries ont la capacité de former un biofilm (couche protectrice) lorsqu'elles se trouvent dans un certain environnement. Les bactéries en biofilm sont très difficiles à détruire et la sécrétion d'une matrice de polysaccharides rend presque impossible l'accès des antibiotiques. Les nanoparticules sont connues pour leur toxicité antibactérienne, mais déterminer la meilleure nanoparticule pour des applications biomédicales et qui ait un effet antibactérien élevé est compliqué. L'objectif général à long terme vise à développer des ‘'nano-biotiques'' afin de prévenir les infections nosocomiales liées à l'implantation chirurgicale. Dans ce projet, nous avons évalué in vitro l'effet antibactérien des nanoparticules (cuivre, oxyde de cuivre, nanoparticules superparamagnétiques d'oxyde de fer et nanoparticules superparamagnétiques d'oxyde de fer couplées au monoxyde d'azote (NO) sur des bactéries. Des caractérisations physico-chimiques des différentes nanoparticules et microparticules ont été effectuées pour déterminer leur taille et leur composition, et leur chimie de surface à l'aide de méthodes comme TEM, FTIR et XRD. Différents paramètres jouent un rôle important dans la toxicité des particules. Dans un premier temps, nous avons adapté les tests microbiologiques pour pouvoir étudier la biotoxicité des nanoparticules. Par la suite, la toxicité des nanoparticules de cuivre pur et d'oxyde de cuivre sur les bactéries (S.aureus et E.coli) a été étudiée pour déterminer l'importance de la composition des nanoparticules sur la toxicité. La taille est aussi un paramètre important, c'est pour cela que nous avons étudié l'effet antibactérien de microparticules et de nanoparticules de cuivre. La toxicité bactérienne des nanoparticules superparamagnétiques d'oxyde de fer, qui serviront de vecteurs magnétiques pour délivrer le NO (molécule antibactérienne) de façon contrôlée, a aussi été étudiée. En effet, une fois le NO libéré, ces nanoparticules magnétiques vont continuer à agir sur les bactéries. Finalement, les

Abstract

Population longevity tends to increase in occidental countries inducing an increment in medical implants use. Resistant bacteria may contaminate those implants causing nosocomial infections. Common treatment for bacteria is antibiotic, used mainly for their speed and efficacy. An overuse of antibiotics induced bacteria to be resistant to them. Adding to this issue, when bacteria are in a certain environment, bacteria tend to communicate between themselves and create a biofilm (protective layer). Polysaccharides forming the biofilm don't allow antibiotics to penetrate inside the biofilm. Bacteria in a biofilm are extremely hard to kill. An alternative to resolve all those issues is to use nanoparticles as antimicrobial agents. They are known to have antibacterial effect. But the The main objective is to study the effects develop “nano-biotics” that can prevent nosocomial infections due to surgical implants. In this project, we evaluated in vitro antibacterial effects of some nanoparticles (copper, copper oxide, superparamagnetic iron oxide, and superparamagnetic iron oxide coupled with nitric oxide (NO) on bacteria. Nanoparticles and microparticles characterizations have been done to determine their size, their composition and their surface chemistry using TEM and FTIR. Different parameters play a crucial role in antibacterial toxicity of particles. First, we adapted microbiological tests to elucidate nanoparticles biotoxicity. Then, pure copper and copper oxide nanoparticles have been studied to determine the importance of nanoparticles composition in toxicity. Size is another important parameter, explaining our interest to study both copper micro and nanoparticles on bacteria (S.aureus and E.coli). Bacterial toxicity of superparamagnetic iron oxide nanoparticles, used as a magnetic vehicle to deliver NO (antibacterial molecule), has been studied. Once NO is delivered, iron oxide nanoparticles still react with bacteria. Finally, copper and copper oxide nanoparticles were in contact with S.aureus biofilm to see their effect and the difference with planktonic bacteria. Our nanoparticles characterizations of copper shows that these nanoparticles are not completely pure but a thin oxide layer at their surface forms, which can lower their toxicity. Our results on the importance of particles size, confirm what was seen in the literature. Nanoparticles seems to be more toxic than microparticles. Superparamagnetic iron oxide nanoparticles results, alone, don't show a big antibacterial effect. Preliminary tests were done on NO coupled