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Il est impossible de dire de l'extérieur si une plaie va guérir sans problème sous le pansement ou si des bactéries vont pénétrer dans les tissus lésés et provoquer une inflammation. Par sécurité, des pommades désinfectantes ou des antibiotiques sont appliqués sur la plaie avant la pose d'un pansement. Toutefois, ces mesures préventives ne sont pas nécessaires dans tous les cas. Ainsi, les médicaments sont gaspillés et les plaies sont «sur-traitées».
Pire encore, le gaspillage d'antibiotiques favorise l'émergence de germes multirésistants, qui posent un immense problème aux soins de santé mondiaux. Les scientifiques des deux laboratoires de l'Empa Biointerfaces et Membranes et textiles biomimétiques à St-Gall veulent changer cela. Ils mettent au point un pansement qui administre de manière autonome des médicaments antibactériens uniquement lorsqu'ils sont vraiment nécessaires.
L'idée de l'équipe interdisciplinaire dirigée par Qun Ren et Fei Pan : le pansement doit être «chargé» de médicaments et réagir également aux stimuli environnementaux. «De cette manière, les plaies pourraient être traitées avec précision et au bon moment», explique Fei Pan. Comme stimulus environnemental, l'équipe a choisi un effet bien connu: l'augmentation de la température dans une plaie infectée et enflammée.
Mélange parfait
L'équipe devait maintenant concevoir un matériau qui réagirait de manière appropriée à cette augmentation de température. À cette fin, un composite polymère compatible avec la peau a été développé à partir de plusieurs composants : Le verre acrylique (polyméthacrylate de méthyle, PMMA en abrégé), qui est utilisé par exemple pour les verres de lunettes et dans l'industrie textile, et l'Eudragit, un mélange de polymères biocompatibles avec lequel les comprimés sont enrobés, par exemple. Grâce à l'électrofilage, le mélange plastique a pu être transformé en une fine membrane de nanofibres. Enfin, l'octénidine pourrait être encapsulée dans les nanofibres en tant que composant médicalement efficace. L'octénidine est un désinfectant qui agit rapidement contre les bactéries, les champignons et certains virus. En médecine, il peut être utilisé sur la peau, sur les muqueuses et pour la désinfection des plaies.
Signes inflammatoires comme facteur déclenchant
Déjà dans l'Antiquité, le médecin grec Galien décrivait les signes d'une inflammation. Les cinq termes latins sont encore valables aujourd'hui : dolor (douleur), calor (chaleur), rubor (rougeur), tumor (gonflement) et functio laesa (fonction restreinte) représentent les indications classiques de l'inflammation. Dans une plaie cutanée infectée, le réchauffement local peut atteindre cinq degrés. Cette différence de température peut être utilisée comme un déclencheur : Les matériaux appropriés changent de consistance dans cette plage et peuvent libérer des substances thérapeutiques.
Gant brisant
«Pour que la membrane agisse comme un «bandage intelligent» et libère effectivement le désinfectant lorsque la plaie se réchauffe en raison d'une infection, nous avons composé le mélange de polymères de PMMA et d'Eudragit de manière à pouvoir ajuster la température de transition vitreuse de façon appropriée», explique Fei Pan, chercheur à l'Empa. C'est la température à laquelle un plastique passe d'une consistance solide à un état caoutchouteux. L'effet est souvent décrit en sens inverse : Si vous mettez un gant en caoutchouc dans de l'azote liquide à moins 196 degrés, il change de consistance et devient si dur que vous pouvez le briser comme du verre d'un seul coup.
La température de transition vitreuse souhaitée de la membrane polymère, d'autre part, était de l'ordre de 37 degrés. Lorsqu'une inflammation est présente et que la peau se réchauffe au-delà de sa température normale de 32 à 34 degrés, le polymère passe de l'état solide à l'état mou. Lors d'expériences en laboratoire, l'équipe a pu observer comment le désinfectant est libéré du polymère à 37 degrés, mais pas à 32 degrés. Un autre avantage est que le processus est réversible et peut être répété jusqu'à cinq fois, car le processus s'arrête toujours lorsqu'il refroidit. Après ces tests réussis, les scientifiques de l'Empa veulent maintenant affiner l'effet. Au lieu d'une plage de température de quatre à cinq degrés, le bandage intelligent devrait alors s'activer et se désactiver à des différences de température plus faibles.
Intelligent et économe
Afin d'étudier l'efficacité des membranes en nanofibres contre les germes des plaies, d'autres expériences en laboratoire sont maintenant à l'ordre du jour. La cheffe d'équipe, Qun Ren, s'intéresse depuis longtemps aux germes qui se nichent dans les couches limites entre les surfaces et l'environnement, par exemple sur une plaie cutanée. «Dans ce cadre biologique, une sorte de no man's land entre le corps et le matériau du pansement, les bactéries trouvent une niche biologique parfaite», explique la chercheuse de l'Empa. Les agents infectieux tels que les staphylocoques ou les bactéries Pseudomonas peuvent y provoquer de graves troubles de la cicatrisation. Ce sont précisément ces germes de plaies que l'équipe a laissé se familiariser avec le pansement intelligent dans la boîte de Pétri. Et en effet, le nombre de bactéries a été réduit d'un facteur 1000 lorsque l'octénidine a été libérée du pansement intelligent.
«Avec l'octénidine, nous avons réussi à obtenir une preuve de principe de la libération contrôlée d'un médicament par un stimulus externe», déclare Qun Ren. À l'avenir, cette technologie pourrait également être utilisée pour d'autres types de médicaments, ce qui permettrait d'accroître l'efficacité et la précision de leur dosage.
Objectif commun : le bandage intelligent
Les scientifiques de l'Empa travaillent en équipes interdisciplinaires sur différentes approches pour améliorer le traitement médical des plaies. Par exemple, des capteurs de liquide doivent permettre de voir si une plaie cicatrise mal en changeant de couleur à l'extérieur du pansement. Les valeurs critiques de glucose et de pH servent ici de biomarqueurs.
Pour permettre de combattre les infections bactériennes directement dans la plaie, les scientifiques travaillent également sur une mousse de polymère chargée de substances anti-inflammatoires et sur une membrane respectueuse de la peau fabriquée à partir d'un matériau végétal. La membrane de cellulose est équipée de blocs de protéines antimicrobiennes et tue les bactéries de manière extrêmement efficace dans les tests de laboratoire.
En outre, la numérisation permet d'obtenir des dosages plus économiques et plus efficaces dans le traitement des plaies : les scientifiques de l'Empa développent des jumeaux numériques de la peau qui permettent de contrôler et de prédire le déroulement de la thérapie grâce à une modélisation en temps réel.