Conception et élaboration de biogels pour la délivrance d'agents anti-biofilms : étude en vue de l'élaboration d'un nouveau pansement

Conception and elaboration of biogel for anti-biofilm delivery : a study to develop a new wound dressing.

• Auteur / Autrice : Elodie Lefebvre
• Direction : Véronique Larreta-Garde
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la vie et de la santé - Cergy
• Date : Soutenance le 17/10/2014
• Etablissement(s) : Cergy-Pontoise
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et ingénierie (Cergy-Pontoise, Val d'Oise)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Equipe de recherche sur les relations matrice extracellulaire-cellules (Cergy-Pontoise, Val d'Oise)
• Jury : Président / Présidente : Emmanuel Pauthe
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Damien Seyer, Isabelle Fromantin, Paul Santerre, André Ulmann
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Didier Letourneur, Thierry Jouenne

Mots clés

Mots clés libres

Gelatine

Biogel

Anti-Biofilm

Délivrance moléculaire

Biomatériaux

Plaie chronique

Gelatin

Biogel

Anti-Biofilm

Drug delivery

Biomaterial

Chronic Wound

Résumé

Depuis une dizaine d'année, le rôle des biofilms dans la résistance aux antibiotiques et à la réponse immunitaire a été mis en évidence dans les infections chroniques. Les plaies chroniques possèdent ces mêmes particularités de résistance aux divers traitements. La formation de biofilm dans les plaies induit une protection des bactéries qui participe potentiellement à la chronicité et est responsable de l'inefficacité des soins. Le but de ma thèse est de concevoir un biogel actif contre les biofilms pouvant être présents dans les plaies chroniques.Nous avons développé un gel de gélatine innovant contenant divers agents anti-biofilms et permettant l'éradication des bactéries pathogènes. Ces gels sont des solides mous composés d'une phase liquide emprisonnée dans un réseau de biopolymères. Biocompatibles et biorésorbables, ils présentent des avantages pour une utilisation en tant que biomatériaux pour la santé. Il est possible d'y inclure des molécules qui vont ensuite diffuser vers le milieu extérieur. Pour mieux appréhender cette cinétique de diffusion, nous avons étudié le relargage de molécules modèles de différents poids moléculaires et de différentes charges.La stratégie anti-biofilm adoptée consiste à prévenir la colonisation bactérienne, déstabiliser le biofilm et éradiquer les bactéries pathogènes de la plaie (Diminution de la biomasse d'au moins 5 logarithmes). Pour développer ce système, 3 types de molécules ont été combinées : un antiseptique commercial, utilisé dans le cadre des soins des plaies chroniques, un chélateur d'ions actifs contre les MMPs surexprimées dans les plaies et une protéase capable de dégrader la matrice du biofilm. Cette étude a été réalisée sur des biofilms mono-espèce de P. aeruginosa et S. aureus, bactéries pathogènes fréquemment retrouvées dans les plaies chroniques. La combinaison des principes actifs a été testée en solution, en contact direct avec le biofilm. Puis, les agents ont été encapsulés dans un biogel. Nous avons étudié à la fois les propriétés viscoélastiques de ces gels mais aussi leur efficacité contre un biofilm, comparé au traitement non encapsulé. Lors de ce travail, nous avons élaboré un gel manipulable capable d'éradiquer un biofilm mono espèce ou multi espèces, constitué de souches de laboratoire ou de souches cliniques issues de plaie chronique.

Over the past 10 years, researchers have highlighted the role of biofilms on resistance to immune response and antibiotics treatments of chronic infections.Chronic wounds share these characteristics as they are resistant to care treatments. The possible biofilm formation in wound can protect bacteria participating to the chronicity and the resistance to wound care treatment. The aim of this thesis is to conceive a biogel against biofilms in chronic wounds.We have developed an innovative gelatin gel containing various anti-biofilm agents able to eradicate pathogenic bacteria biofilm. This gel is soft matter composed of a liquid phase entrapped in a biopolymer network. It is biocompatible and bioresorbable; these properties are necessary for a biomaterial. The gel has the capacity to deliver molecules with controlled release. We have studied the release of model molecules with different charges and weights.The anti-biofilm strategy consisted in preventing bacterial colonization, disrupting the biofilm and eradicating pathogen bacteria in wound (a decrease biomass of at least 5 log reductions). The system developed consisted in the combination of three different types of molecules: a commercial antiseptic usually applied in chronic wound care, an ion chelator active against MMPs which are over-expressed in chronic wounds and a protease which can disrupt the matrix of the biofilm.The study has been carried out on mono-species biofilms synthesized in vitro, with P. aeruginosa and S. aureus, two pathogenic bacteria frequently encountered in chronic wounds. The combination of the active agents was tested in solution or in directly contact with the biofilm. Then molecules were entrapped in the biogel. The viscoelastic properties of the gel were studied and the efficacy of the entrapped treatment compared to that of the solution. A handeable and efficient biomaterial has been elaborated during this study. It is able to eradicate mono – and multi- species biofilms from both laboratory and clinical bacterial strains.