Infections causées par des champignons, comme Candida albicansposent un risque important pour la santé mondiale en raison de leur résistance aux traitements existants, à tel point que l’Organisation mondiale de la santé en a fait un problème prioritaire.
Bien que les nanomatériaux soient prometteurs en tant qu’agents antifongiques, les itérations actuelles n’ont pas la puissance et la spécificité nécessaires pour un traitement rapide et ciblé, ce qui entraîne des durées de traitement prolongées et des effets potentiels hors cible et une résistance aux médicaments.
Aujourd’hui, dans le cadre d’un développement révolutionnaire aux implications considérables pour la santé mondiale, une équipe de chercheurs dirigée conjointement par Hyun (Michel) Koo de l’école de médecine dentaire de l’Université de Pennsylvanie et Edward Steager de l’école d’ingénierie et de sciences appliquées de Penn a créé un système microrobotique capable d’éliminer rapidement et de manière ciblée les pathogènes fongiques.
« Les candidoses forment des infections de biofilm tenaces qui sont particulièrement difficiles à traiter », explique Koo. « Les thérapies antifongiques actuelles manquent de la puissance et de la spécificité requises pour éliminer rapidement et efficacement ces agents pathogènes. Cette collaboration s’appuie donc sur nos connaissances cliniques et combine l’équipe d’Ed et son expertise en robotique pour offrir une nouvelle approche. »
L’équipe de chercheurs fait partie du Center for Innovation & Precision Dentistry de Penn Dental, une initiative qui s’appuie sur des approches d’ingénierie et de calcul pour découvrir de nouvelles connaissances sur l’atténuation des maladies et faire progresser l’innovation en matière de soins de santé bucco-dentaire et craniofaciale.
Pour cet article publié dans Matériaux avancés, les chercheurs ont capitalisé sur les progrès récents des nanoparticules catalytiques, connues sous le nom de nanozymes, et ils ont construit des systèmes robotiques miniatures capables de cibler avec précision et de détruire rapidement les cellules fongiques. Ils y sont parvenus en utilisant des champs électromagnétiques pour contrôler la forme et les mouvements de ces microrobots nanozymes avec une grande précision.
« Les méthodes que nous utilisons pour contrôler les nanoparticules dans cette étude sont magnétiques, ce qui nous permet de les diriger vers le lieu exact de l’infection », explique Steager. « Nous utilisons des nanoparticules d’oxyde de fer, qui ont une autre propriété importante, à savoir qu’elles sont catalytiques. »
L’équipe de Steager a développé le mouvement, la vitesse et les formations de nanozymes, ce qui a entraîné une activité catalytique accrue, tout comme l’enzyme peroxydase, qui aide à décomposer le peroxyde d’hydrogène en eau et en oxygène. Cela permet directement la génération de grandes quantités d’espèces réactives de l’oxygène (ROS), des composés qui ont des propriétés prouvées de destruction du biofilm, sur le site de l’infection.
Cependant, l’élément véritablement pionnier de ces assemblages de nanozymes était une découverte inattendue : leur forte affinité de liaison aux cellules fongiques. Cette caractéristique permet une accumulation localisée de nanozymes précisément là où résident les champignons et, par conséquent, une génération ciblée de ROS.
« Nos assemblages de nanozymes montrent une attraction incroyable pour les cellules fongiques, en particulier par rapport aux cellules humaines », déclare Steager. « Cette interaction de liaison spécifique ouvre la voie à un effet antifongique puissant et concentré sans affecter les autres zones non infectées. »
Couplé à la maniabilité inhérente du nanozyme, cela se traduit par un puissant effet antifongique, démontrant l’éradication rapide des cellules fongiques dans une fenêtre sans précédent de 10 minutes.
Pour l’avenir, l’équipe voit le potentiel de cette approche robotique unique basée sur les nanozymes, car elle intègre de nouvelles méthodes pour automatiser le contrôle et la livraison des nanozymes. La promesse qu’il détient pour la thérapie antifongique n’est que le début. Son ciblage précis et son action rapide suggèrent un potentiel pour le traitement d’autres types d’infections tenaces.
« Nous avons découvert un outil puissant dans la lutte contre les infections fongiques pathogènes », déclare Koo. « Ce que nous avons réalisé ici est un bond en avant significatif, mais ce n’est aussi qu’une première étape. Les propriétés magnétiques et catalytiques combinées à une spécificité de liaison inattendue aux champignons ouvrent des opportunités passionnantes pour un mécanisme antifongique automatisé « cibler-lier-et-tuer ». Nous sommes impatients d’approfondir et de libérer tout son potentiel. »
Cette approche robotique ouvre une nouvelle frontière dans la lutte contre les infections fongiques et marque un tournant dans la thérapie antifongique. Avec un nouvel outil dans leur arsenal, les professionnels médicaux et dentaires sont plus proches que jamais de lutter efficacement contre ces pathogènes difficiles.
