Le groupe Recherche IBM et l’Institut de bioingénierie et de nanotechnologie de Singapour transforment des plastiques recyclés en nanofibres qui combattent des maladies

Cette percée ouvre la porte à de nouvelles applications en ce qui concerne les quelque 2,5 milliards de kilos de bouteilles et autres récipients à base de polytéréphtalate d’éthylène qui attendent chaque année d’être recyclés.

San José, Californie, le 9 décembre 2013. — Des chercheurs d’IBM (NYSE : IBM) et de l’Institut de bioingénierie et de nanotechnologie de Singapour ont réalisé une percée majeure dans le domaine de la nanomédecine. Ils ont converti des matières plastiques courantes, comme le polytéréphtalate d'éthylène, en des matières non toxiques et biocompatibles, conçues pour cibler et combattre spécifiquement les infections fongiques. Les résultats de cette recherche ont été publiés aujourd’hui dans Nature Communications, une revue scientifique dont les articles font l’objet d’une vérification par les pairs.

Voyez de quelle façon les polymères ninjas du groupe Recherche IBM changeront notre façon de combattre les superbactéries résistantes aux médicaments en allant à http://www.research.ibm.com/articles/nanomedicine.shtml (en anglais).

Les infections fongiques affectent plus de un milliard de personnes chaque année, avec différents niveaux de gravité. Cela peut aller des maladies cutanées nécessitant un traitement topique, comme le pied d’athlète, aux infections sanguines fongiques qui peuvent être mortelles. Les risques d’infection sont les plus élevés lorsque le système immunitaire est affaibli en raison d’une maladie comme le VIH/sida ou le cancer, ou bien en cas de traitement antibiotique.

Il est urgent de mettre au point des agents antifongiques efficaces et adaptés aux différentes maladies afin de réduire le problème croissant de la résistance aux médicaments. Les agents thérapeutiques antifongiques traditionnels doivent pénétrer à l’intérieur de la cellule pour pouvoir s’attaquer à l’infection, mais ils ont de la difficulté à cibler et à percer la paroi de la membrane des champignons. Par ailleurs, les champignons étant identiques aux cellules mammaires sur le plan métabolique, les médicaments actuels peuvent avoir du mal à distinguer les cellules saines de celles qui sont infectées.

Bien au fait de cela, les scientifiques d’IBM ont utilisé un processus catalytique organique devant faciliter la transformation du polytéréphtalate d'éthylène ou des résidus de plastique provenant des bouteilles en des molécules entièrement nouvelles pouvant elles-mêmes être transformées en agents antifongiques. Cela est important car la méthode habituelle de recyclage des bouteilles de plastique est le broyage mécanique. La plupart du temps, elles ne peuvent être réutilisées que dans des produits secondaires comme les vêtements, les tapis ou l’équipement pour les terrains de jeux.

Quel est le principe?
Ces nouveaux agents antifongiques s’autoassemblent grâce à un processus de liaison hydrogène. Ils se collent les uns aux autres comme une bande velcro moléculaire, à la manière des polymères, pour former des nanofibres. Ce point est important car ces agents antifongiques ne sont actifs qu’en tant qu’agents thérapeutiques, sous forme de fibres ou de polymères.

Ces nouvelles nanofibres contiennent une charge positive et peuvent cibler de manière sélective les membranes fongiques avec des charges négatives et adhérer uniquement à ces dernières en se fiant à l’interaction électrostatique. Ensuite, elles percent et détruisent les parois des membranes des cellules fongiques, empêchant ainsi la formation de toute résistance.

Yi Yan Yang, chef de groupe au sein de l’Institut de bioingénierie et de nanotechnologie, explique : «La capacité de ces molécules à s’autoassembler afin de constituer des nanofibres est importante car à la différence des molécules discrètes, les fibres augmentent la concentration locale de charges cationiques et la masse composite. Cela facilite le ciblage des membranes fongiques et leur lyse (désintégration) subséquente et permet de détruire les champignons en utilisant seulement de faibles concentrations.»

Exploitant les capacités de calcul du groupe Recherche IBM, les chercheurs ont simulé les assemblages antifongiques et identifié les modifications structurelles qui offriront l’efficacité thérapeutique voulue.

«Les méthodologies prédictives de calcul continuent de progresser et nous pouvons commencer à établir les règles de base de l’autoassemblage afin de concevoir des agents thérapeutiques complexes permettant de combattre les infections et d’assurer l’encapsulation, le transport et la livraison efficaces d’une grande variété de cargos vers leurs sites infectés ciblés», ajoute James Hedrick, scientifique de renom, spécialisé dans les matières organiques au Centre de recherche Almaden d’IBM.

La concentration minimale inhibitrice des nanofibres, la plus faible concentration inhibant la croissance visible des champignons, s’est révélée d’une grande efficacité dans le cas de nombreux types d’infections fongiques. Les tests effectués lors d’études plus poussées menées par l’Institut de bioingénierie et de nanotechnologie de Singapour ont montré qu’après seulement une heure d’incubation, les nanofibres avaient éradiqué plus de 99,9 % des Candida albicans (en anglais), une infection fongique à l’origine de la troisième infection par la circulation sanguine aux États-Unis en termes de fréquence, et révélé l’absence de résistance après 11 traitements. De leur côté, les médicaments antifongiques conventionnels ont uniquement permis d’empêcher une nouvelle croissance des champignons, et l’infection a montré une résistance aux médicaments après seulement 6 traitements.

Les autres conclusions de cette recherche ont montré que les nanofibres avaient efficacement dispersé les films biologiques fongiques après un seul traitement, tandis que les médicaments antifongiques conventionnels n’avaient eu aucun effet sur eux.

L’activité antifongique in vivo des nanofibres a également été évaluée dans un modèle murin à partir d’une infection aux films biologiques Candida albicans associée au port de verres de contact. Les nanofibres ont considérablement réduit le nombre de champignons, empêché le développement d’une nouvelle structure fongique dans la cornée et atténué la gravité de l’actuelle inflammation oculaire. Ces expériences ont également montré que les cellules mammaires survivaient longtemps après l’incubation avec les nanofibres, ce qui indique une excellente biocompatibilité in vitro. De plus, on ne constate aucune importante usure des tissus dans la cornée de la souris après une application topique des nanofibres.

«Une des priorités des travaux de recherche de l’Institut de bioingénierie et de nanotechnologie dans le domaine de la nanomédecine est le développement de nouveaux polymères et matières dans le but d’améliorer la prévention et le traitement des différentes maladies», explique Jackie Y. Ying, directrice exécutive de l’Institut. «La dernière découverte que nous avons faite avec IBM nous permet de cibler et d’éradiquer de manière spécifique les films biologiques fongiques et les chaînes de champignons résistants aux médicaments et pharmacosensibles sans endommager les cellules saines qui se trouvent autour.»

Lancé dans les laboratoires de recherche de l’entreprise il y a 4 ans avec pour objectif d’améliorer la santé humaine, le programme de nanomédecine d’IBM (en anglais) est en fait le fruit de décennies de développements de matières traditionnellement utilisées pour créer des technologies de semiconducteurs. Cette avancée étendra la collaboration entre IBM et l’Institut de bioingénierie et de nanotechnologie, collaboration qui s’est déjà traduite par les récents progrès dans la lutte contre des maladies allant du cancer du sein au staphylocoque doré résistant à la méthicilline. Les scientifiques peuvent utiliser simultanément plusieurs méthodes de création de matières dans le but d’améliorer la découverte de médicaments.


Information

Mike Boden
Relations avec les médias, IBM Canada
mboden@ca.ibm.com
416 478-7117

Leslie Plant
Relations avec les médias, IBM Canada
laplant@ca.ibm.com
416 478-9840