En appliquant quelques décharges électriques sur la peau, les chercheurs peuvent arrêter les infections bactériennes sans utiliser de médicaments. Pour la première fois, des chercheurs ont conçu un patch cutané utilisant des courants électriques imperceptibles pour contrôler les microbes. Les résultats paraissent le 24 octobre dans le journal Cell Press Appareil.
« Cela ouvre des possibilités passionnantes pour des traitements sans médicaments, en particulier pour les infections cutanées et la cicatrisation des plaies, où les bactéries résistantes aux antibiotiques posent un défi sérieux », déclare Bozhi Tian de l'Université de Chicago, l'un des co-auteurs principaux de l'article.
Les scientifiques utilisent déjà l’électricité pour manipuler les cellules de mammifères, y compris celles des humains, et pour traiter des maladies sans recourir à des médicaments. Par exemple, les stimulateurs cardiaques peuvent réguler les battements cardiaques en stimulant les muscles cardiaques avec de petits courants électriques. La prothèse rétinienne, un type d'œil bionique, utilise également l'électricité pour stimuler la rétine d'un patient afin de restaurer partiellement sa vision.
Tian et son équipe se sont demandé s'ils pouvaient manipuler les bactéries en utilisant l'électricité au lieu des antibiotiques, une approche traditionnelle qui a donné lieu à la crise mondiale de la résistance aux antibiotiques. En raison de l’utilisation excessive d’antibiotiques chez les humains et le bétail, de nombreux microbes ont évolué et sont devenus résistants aux médicaments actuels, les rendant ainsi moins efficaces au fil du temps. Des études antérieures estiment que les infections pharmacorésistantes pourraient avoir contribué à environ 1,27 million de décès dans le monde en 2019.
L'équipe a décidé de tester si Staphylocoque épidermidisune bactérie courante sur la peau humaine, répondrait aux stimulations électriques. S. épidermidis est généralement inoffensif et peut même protéger la peau des agents pathogènes. Mais lorsqu’il pénètre dans le corps humain par une coupure ou une procédure médicale, comme un cathéter, il peut provoquer de graves infections. Récemment, trois souches de S. épidermidis résistants à toutes les classes d’antibiotiques sont apparus.
« Parce que Staphylocoque fait partie de l'écosystème microbien qui existe naturellement sur notre peau, nous préférons ne pas l'éradiquer, car son absence totale sur notre peau pourrait causer d'autres problèmes », explique Gürol Süel, autre co-auteur principal de l'article, de l'Université de Californie à San Diego.
L'équipe a découvert que de petits courants électriques peuvent provoquer des réponses de S. épidermidismais uniquement dans un environnement acide. Les chercheurs appellent cette caractéristique l’excitabilité sélective. La peau humaine saine est légèrement acide, mais les plaies chroniques ont tendance à être neutres à basiques.
« La réponse des bactéries à l'électricité n'est pas bien explorée, en partie parce que nous ne connaissons pas les conditions spécifiques dans lesquelles les bactéries seront excitées », explique le premier auteur Saehyun Kim, également de l'Université de Chicago. « La découverte de cette excitabilité sélective nous aidera à découvrir comment contrôler d'autres espèces de bactéries en examinant différentes conditions. »
L'équipe a stimulé la bactérie avec une faible tension électrique de 1,5 volts, nettement inférieure à la limite de 15 volts jugée imperceptible et sans danger pour les humains, pendant 10 secondes toutes les 10 minutes pendant 18 heures. Dans des conditions acides idéales, le traitement électrique a arrêté 99 % du biofilm, un groupe de bactéries qui bloque les médicaments et conduit à des infections persistantes. Lorsque le pH de l’environnement est neutre, le traitement n’a montré aucun effet.
Une analyse plus approfondie a également révélé qu'après stimulation électrique, le S. épidermidis ont montré une diminution de l’expression de plusieurs gènes, notamment ceux liés à la résistance aux antibiotiques et à la formation de biofilm.
Afin de traiter les plaies cutanées en stimulant S. épidermidis dans les bonnes conditions, l’équipe a conçu un patch cutané, appelé thérapie de stimulation antimicrobienne localisée bioélectronique, ou BLAST. Le patch contient des électrodes et un hydrogel pour fournir un environnement acide. Ils ont testé le dispositif sur une peau de porc inoculée avec S. épidermidis. Après le cycle de traitement de 18 heures, l'équipe a observé une diminution significative de la couverture du biofilm et une réduction de près de 10 fois S. épidermidis cellules par rapport à l’échantillon non traité. Ils ont également testé le dispositif sur la surface d’un cathéter et ont constaté le même effet antimicrobien.
Tian dit qu'avec des recherches plus approfondies pour examiner la sécurité et l'efficacité de ce traitement, les scientifiques pourraient développer un patch portable avec un circuit sans fil pour contrôler les infections sans médicaments.
Le travail est soutenu par la Fondation Bill & Melinda Gates, le Bureau de recherche de l'armée américaine, la National Science Foundation et les National Institutes of Health.
