Metal Peroxides: A Promising Paradigm for Advancing Antibacterial Wound Healing Materials

Le terme "plaie chronique" désigne les lésions cutanées qui ne suivent pas le schéma de cicatrisation attendu, soit en cicatrisant sur de longues périodes, soit en ne cicatrisant pas du tout. Ces complications sont les conséquences de facteurs de risque tels que les infections, l'obésité, la consommation d'alcool et de tabac ou la malnutrition, ainsi que de maladies comme le cancer ou le diabète. Malgré les efforts déployés, les plaies chroniques affectent encore des millions de personnes et coûtent des milliards dans le monde entier. Elles ont des conséquences cliniques désastreuses, notamment la nécrose suivie d'amputations, d'embolies pulmonaires, de thromboses veineuses, de saignements excessifs et de démangeaisons. En outre, les traitements longs, coûteux et lourds, avec des hospitalisations prolongées, peuvent entraîner des angoisses, des dépressions, une fatigue accrue et, plus généralement, une détérioration globale de la qualité de vie des patients. Grâce aux peroxydes solides, de nombreuses stratégies émergent pour faciliter la cicatrisation des plaies chroniques, telles que les pansements actifs, les hydrogels innovants, les antibiotiques à base de nanomatériaux, etc. Ces matériaux, et plus particulièrement les peroxydes solides à base d'ions métalliques, sont reconnus comme des sources actives d'oxygène en milieu aqueux tout en ayant de puissantes propriétés antibactériennes. Ils sont déjà utilisés depuis plusieurs décennies mais connaissent un regain d'intérêt important. Ils permettent de répondre à des besoins physiologiques qui conduisent à une amélioration de la cicatrisation tout en limitant la croissance de la résistance aux antibiotiques. Malgré le fort intérêt de la communauté scientifique pour les peroxydes métalliques, les connaissances sont assez pauvres et, pour autant que nous le sachions, il n'existe aucune étude comparant les performances des différents peroxydes métalliques concernant la cicatrisation des plaies ainsi que leurs propriétés antibactériennes. L'objectif de cette thèse est donc d'évaluer les propriétés de trois peroxydes métalliques communs, le peroxyde de calcium (CP), le peroxyde de zinc (ZP) et le peroxyde de magnésium (MP), en mesurant la libération d'oxygène et d'espèces réactives de l'oxygène (ROS), la variation du pH tout en étudiant leurs propriétés antibactériennes et leur cytotoxicité. Le second objectif est de concevoir un pansement fonctionnel pour délivrer de manière appropriée ces peroxydes métalliques à l'aide de films polymères. Les différents résultats confirment le fort intérêt des peroxydes métalliques pour la cicatrisation des plaies et ont fourni une base pour les recherches futures afin de les choisir de manière justifiée et appropriée.

Abstract

The term of "chronic wound" refers to skin lesions that do not follow the expected healing pattern, either by healing over extended periods of time or not healing at all. These complications are the consequences of risk factors like infections, obesity, alcohol and tobacco consumption, or malnutrition and also diseases like cancer or diabetes. Despite ongoing efforts, chronic wounds still affect millions of people and cost billions worldwide. They have disastrous clinical outcomes including necrosis followed by amputations, pulmonary embolisms, venous thromboses, excessive bleeding and itching. Additionally, long, expensive and burdensome treatments with extended hospitalizations can lead to anxieties, depressions, increased fatigue, and more generally to global deterioration of patients' quality of life. Thanks to solid peroxides, many strategies are emerging to facilitate the healing of chronic wounds, such as active dressings, innovative hydrogels, nanomaterial-based antibiotics, etc. These materials, and more specifically metal ion-based solid peroxides, are recognized as active sources of oxygen in aqueous media while having powerful antibacterial properties. They have already been used for several decades but are experiencing a significant resurgence of interest. They allow physiological needs to be met to lead to an improvement in healing while limiting the growth of antibiotic resistance. Despite the strong interest of the scientific community towards the metal peroxides, the knowledge is rather poor and, as far as we know, there are no study comparing the performances of the different metal peroxides in wound healing and antibacterial properties. The purpose of this thesis is to assess the properties of three common metal peroxides, calcium peroxide (CP), zinc peroxide (ZP) and magnesium peroxide (MP), by measuring the oxygen and reactive oxygen species (ROS) releases, pH variation while studying their antibacterial properties and cytotoxicity. The second objective is to design a functional dressing to deliver appropriately these metal peroxides using polymeric films. The various results confirm the strong interest of metal peroxides for wound healing and have provided a basis for future research to choose metal peroxides in a reasoned and appropriate manner.