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

Myriam Talantikit

Master's thesis (2014)

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Abstract

Population longevity tends to increase in occidental countries inducing an increment inmedical implants use. Resistant bacteria may contaminate those implants causing nosocomialinfections. 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, whenbacteria are in a certain environment, bacteria tend to communicate between themselves andcreate a biofilm (protective layer). Polysaccharides forming the biofilm don't allow antibiotics topenetrate inside the biofilm. Bacteria in a biofilm are extremely hard to kill. An alternative toresolve all those issues is to use nanoparticles as antimicrobial agents. They are known to haveantibacterial effect. But theThe main objective is to study the effects develop “nano-biotics” that can preventnosocomial infections due to surgical implants. In this project, we evaluated in vitro antibacterialeffects of some nanoparticles (copper, copper oxide, superparamagnetic iron oxide, andsuperparamagnetic 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 acrucial role in antibacterial toxicity of particles. First, we adapted microbiological tests toelucidate nanoparticles biotoxicity. Then, pure copper and copper oxide nanoparticles have beenstudied to determine the importance of nanoparticles composition in toxicity. Size is anotherimportant parameter, explaining our interest to study both copper micro and nanoparticles onbacteria (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 isdelivered, iron oxide nanoparticles still react with bacteria. Finally, copper and copper oxidenanoparticles were in contact with S.aureus biofilm to see their effect and the difference withplanktonic bacteria.Our nanoparticles characterizations of copper shows that these nanoparticles are notcompletely pure but a thin oxide layer at their surface forms, which can lower their toxicity. Ourresults on the importance of particles size, confirm what was seen in the literature. Nanoparticlesseems 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

Résumé

L'augmentation de la longévité de la population occidentale induit une augmentation del'utilisation des implants médicaux. Ces implants peuvent être contaminés par des bactériesrésistantes causant l'apparition d'infections nosocomiales (IN) qui sont aujourd'hui un problèmeclinique majeur. Le traitement commun contre les bactéries est l'utilisation d'antibiotiques due àleur rapidité et efficacité. Cependant, un trop long contact des bactéries aux antibiotiques a causéla résistance de ces dernières. Ajoutant à ce problème, les bactéries ont la capacité de former unbiofilm (couche protectrice) lorsqu'elles se trouvent dans un certain environnement. Les bactériesen biofilm sont très difficiles à détruire et la sécrétion d'une matrice de polysaccharides rendpresque impossible l'accès des antibiotiques. Les nanoparticules sont connues pour leur toxicitéantibactérienne, mais déterminer la meilleure nanoparticule pour des applications biomédicales etqui ait un effet antibactérien élevé est compliqué.L'objectif général à long terme vise à développer des ‘'nano-biotiques'' afin de prévenirles infections nosocomiales liées à l'implantation chirurgicale. Dans ce projet, nous avons évaluéin vitro l'effet antibactérien des nanoparticules (cuivre, oxyde de cuivre, nanoparticulessuperparamagnétiques d'oxyde de fer et nanoparticules superparamagnétiques d'oxyde de fercouplées au monoxyde d'azote (NO) sur des bactéries.Des caractérisations physico-chimiques des différentes nanoparticules et microparticulesont été effectuées pour déterminer leur taille et leur composition, et leur chimie de surface àl'aide de méthodes comme TEM, FTIR et XRD. Différents paramètres jouent un rôle importantdans la toxicité des particules. Dans un premier temps, nous avons adapté les testsmicrobiologiques pour pouvoir étudier la biotoxicité des nanoparticules. Par la suite, la toxicitédes nanoparticules de cuivre pur et d'oxyde de cuivre sur les bactéries (S.aureus et E.coli) a étéétudiée pour déterminer l'importance de la composition des nanoparticules sur la toxicité. Lataille est aussi un paramètre important, c'est pour cela que nous avons étudié l'effet antibactériende microparticules et de nanoparticules de cuivre. La toxicité bactérienne des nanoparticulessuperparamagnétiques 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
Department: Institut de génie biomédical
Program: Génie biomédical
Academic/Research Directors: L'Hocine Yahia, Jean Barbeau
PolyPublie URL: https://publications.polymtl.ca/1608/
Institution: École Polytechnique de Montréal
Date Deposited: 01 Apr 2015 15:27
Last Modified: 08 Nov 2022 14:26
Cite in APA 7: Talantikit, M. (2014). Effets antibactériens des nanoparticules de cuivre, oxyde de cuivre et oxyde de fer [Master's thesis, École Polytechnique de Montréal]. PolyPublie. https://publications.polymtl.ca/1608/

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