Afin de surmonter la prévalence croissante de la résistance aux antimicrobiens et d’atténuer la propagation de nouveaux agents pathogènes émergents, de nouvelles technologies sont de plus en plus proposées et développées. Par exemple, les nanoparticules (NP) ont été largement utilisées comme outils avancés pour le diagnostic, la prévention et le traitement des maladies infectieuses.
Étude: Nanoparticules et autres nanostructures et contrôle des pathogènes : du laboratoire aux vaccins. Crédit d’image : nararat yong / Shutterstock.com
Sommaire
Nanoparticules d’or
Les nanoparticules d’or (AuNPs) sont considérées comme l’une des nanoparticules les plus stables et, par conséquent, ont été préparées sous diverses formes et structures allant des nanosphères et nanorods aux nanofils et nanocages. La biocompatibilité des AuNPs, combinée à la facilité de fonctionnalisation de ces nanomatériaux en molécules biologiques actives comme les médicaments, les anticorps et les enzymes, a permis aux chercheurs d’utiliser les AuNPs à de nombreuses fins médicales.
Diverses études ont examiné les propriétés antimicrobiennes des AuNPs. Lorsqu’il est testé contre Escherichia coli, les AuNPs se sont avérés avoir une zone d’inhibition d’environ 0,5 millimètre (mm). De même, les AuNP réduits par cepahlor semblent inhiber la synthèse de E. coli et Staphylococcus aureus en créant des trous dans la paroi cellulaire bactérienne, ce qui augmente ensuite la perméabilité et provoque la fuite du contenu intracellulaire de ces organismes.
En plus des bactéries, les AuNPs sont également des agents antifongiques efficaces, comme en témoigne leur efficacité contre Candida sp. À cette fin, les AuNPs semblent inhiber l’activité H + ATPase, ce qui conduit ensuite à une acidification intracellulaire et à la mort cellulaire.
Nanoparticules d’argent
Les nanoparticules d’argent (AgNPs) sont également fréquemment incorporées dans des applications médicales, y compris les pansements, en raison de leurs propriétés antimicrobiennes. Les AgNPs semblent endommager directement l’ADN bactérien, ce qui entraîne par la suite une altération de la synthèse des protéines qui peut être mortelle pour les bactéries.
Diverses études physico-chimiques ont utilisé des NP comprenant un noyau de magnétite recouvert de couches d’AgNP et de chitosane, qui est un polysaccharide linéaire. L’analyse de la synthèse en trois étapes de ces nanoparticules indique que ces NPs présentent des propriétés antimicrobiennes dues à la présence d’AgNPs.
L’albumine étant une protéine sanguine majeure, l’interaction entre ces NP et l’albumine a également été étudiée. À cette fin, l’ajout de chitosane semble améliorer l’interaction albumine-NP, assurant ainsi une moindre probabilité de modification de la structure de l’albumine et une grande disponibilité de NP libres pour un usage thérapeutique putatif.
Comme les AuNPs, les AgNPs ont également une puissante activité antifongique contre divers Candidose souches en perturbant directement la paroi cellulaire.
En plus de ses propriétés antibactériennes et antifongiques, il a également été démontré que les AgNPs d’une taille comprise entre 30 et 50 nanomètres (nm) inhibent la réplication du virus de l’immunodéficience humaine 1 (VIH-1) en empêchant la liaison, la fusion, l’infectiosité et entrée cellulaire. Les AgNPs semblent également inhiber la pénétration cellulaire du virus de la grippe H1N1, ainsi qu’exercer des effets antiviraux contre le virus de l’hépatite A et le virus de l’herpès simplex (HSV).
Un modèle de thérapie antivirale a été développé en utilisant AgNPs et AuNPs. Plus précisément, il a été démontré que les nanoparticules métalliques enrobées d’acide tannique inhibent la réplication du HSV 1 et 2, qui sont tous deux responsables d’infections persistantes et ont le potentiel de provoquer une encéphalite potentiellement mortelle chez les personnes immunodéprimées.
Bactériophages et nanomachines
L’application des bactériophages dans les nanotechnologies a été largement étudiée. Les bactériophages sont des virus qui infectent et tuent les bactéries.
Des études portant sur l’interaction entre un seul phage T7 et une bactérie ont démontré que l’interaction reste réversible jusqu’à ce que la fibre de la queue du phage reconnaisse son récepteur sur la bactérie. Cela conduit à la fixation du phage, à l’initiation du processus d’infection, à la lyse de la cellule bactérienne et à la libération de la progéniture virale.
Sur la base de la structure et de la fonction de la queue de phage, trois types de nanomachines de type queue de phage ont été développés. Un système d’injection cellulaire externe est un type de nanomachine qui reconnaît les cellules bactériennes et d’insectes et délivre des toxines dans le cytoplasme pour détruire ces cellules.
Le système d’excrétion de type 6 est une autre nanomachine qui libère des toxines dans le cytoplasme des cellules bactériennes et fongiques. Les tailocines ou bactériocines de type queue de phage sont des nanomachines protéiques produites par une variété de bactéries pour tuer des souches bactériennes étroitement apparentées.
Vaccins à base de NP
Des substrats vaccinaux à base de NP ont été développés contre Shigella sonnei et Shigella flexneri, qui sont toutes deux des bactéries Gram-négatives responsables de diarrhées sévères. Des modules généralisés pour les antigènes membranaires comprenant l’antigène O et les protéines de souches non productrices de toxines ont été développés et testés chez la souris. Ces résultats mettent en évidence la puissance des substrats vaccinaux contre ces bactéries.
Des vaccins ont été développés avec des NP qui consistent en des patchs de chitosane adhésifs à la muqueuse, des adjuvants et un revêtement antigénique spécifié. L’analyse de ces nanoparticules indique la libération effective des adjuvants suite à une administration liquide orale.
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