Une nouvelle méthode d’encapsulation biosourcée pour maîtriser les infections microbiennes

L’argent possède des propriétés antimicrobiennes reconnues. A l’échelle moléculaire, les ions Ag⁺ altèrent la membrane ou perturbent l’activité cellulaire (expression génique, activité enzymatique) des micro-organismes, entrainant leur mort. Cependant, l’efficacité de nanoparticules d’argent (NPAg) est atténuée par leur agrégation spontanée en solution. Le challenge est donc de limiter ce phénomène d’agrégation. L’obtention d’hybrides par greffage de ces NPAg sur des supports plus larges limite le phénomène d’agrégation et augmente la surface active des particules d’Ag, aboutissant à une meilleure efficacité de l’effet antimicrobien à faible concentration.

Afin de réduire l’impact environnemental, l’utilisation de nanoparticules naturelles se développe dans les nanobiotechnologies. C’est dans cet objectif que les chercheurs et chercheuses de BIA ont développé une approche expérimentale d’hybridation de l’argent sur des supports issus des bioressources. La généricité de la méthode est démontrée par une étude comparative incluant des nanocristaux de cellulose (issus du coton ou du bois) chargés négativement, ou des nanocristaux de chitine (issus de la carapace des crustacés) chargés positivement. Dans les conditions expérimentées, les NPs d’argent avec un taux de greffage sur les nanocristaux de 7 à 8 % présentent une taille de 22 nm et sont parfaitement réparties et individualisées à la surface des particules biosourcées. Ces résultats montrent l’effet positif de l’hybridation de surface, quelle que soit la source et la charge des nanocristaux biosourcés qui naturellement n’ont pas d’impact sur la santé et l’environnement. Cette nouvelle connaissance ouvre des champs d’applications en nanobiotechnologie.

Afin de préserver la dispersion des NPAg et de mieux contrôler leur distribution en faible quantité lors de traitements antimicrobiens, les chercheurs ont mis au point une méthode d’encapsulation des nanohybrides dans des microgels biosourcés à base d’alginate (polysaccharide issu des algues brunes). La mise au point de la technologie microfluidique à goutte sur puce permet d’encapsuler de manière efficace les nanohybrides, avec une teneur de l’ordre de 50 µg de NPAg par ml d’alginate. Les tailles des billes de microgel obtenues, comprises entre 45 et 50 µm, sont parfaitement compatibles avec des applications de traitements antimicrobiens locaux par injection.

La démonstration de l’effet antimicrobien des nanohybrides d’argent encapsulés dans des microgels d’alginate met en évidence la réduction de la croissance de la levure Candida Albicans à des concentrations d’inhibition limites non cytotoxiques pour les cellules humaines (NPAg < 0.048 µg). Ce microorganisme est responsable des candidoses qui sont des infections considérées comme majeures en santé publique. Ces résultats permettent d’apporter de nouvelles solutions thérapeutiques biocompatibles et écologiques.

PARTENAIRES SCIENTIFIQUES : Cette étude a été menée par l’unité BIA (Nantes) en collaboration avec : l’UMR PAnTher d’INRAE/Oniris (Nantes) et l’équipe MASAE d’IFREMER (Nantes).

FINANCEMENT : Cette étude a été financée par le Labex SERENADE (n° ANR-11-LABX-0064) ; grâce au programme Investissement d’Avenir de l’Agence Nationale de la Recherche, ANR (projet A*MIDEX n° ANR-11-IDEX-0001-02).

PUBLICATIONS ASSOCIEES : M. Marquis, D. Musino, V. Gemin, L. Kolypczuk, D. Passerini & I. Capron (2023). Alginate microgels encapsulation strategy of silver nanoparticles active against Candida albicans. Carbohydrate Polymer technologies and Applications, 6 (100405). https://doi.org/10.1016/j.carpta.2023.100405