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La faune et la flore sont une source inépuisable d’idées pour les chercheurs dans le domaine de la biomédecine. C’est notamment le cas des araignées, dont la soie est naturellement répulsive vis-à-vis des micro-organismes pathogènes, empêchant ainsi les bactéries et champignons de coloniser leurs toiles. Des chercheurs allemands s’en sont inspirés afin de mettre au point de nouveaux nano-biomatériaux à base de protéines de soie d’araignée, empêchant à la fois les micro-organismes pathogènes de s’y fixer tout en contribuant activement à la régénération tissulaire. Ces matériaux pourraient constituer les prochains pansements et prothèses de nouvelle génération.

Les nouveaux biomatériaux, développés à l’Université de Bayreuth, éliminent le risque d’infection et facilitent les processus de guérison. Une équipe de recherche dirigée par le Thomas Scheibel a réussi à combiner ces propriétés matérielles, qui sont très intéressantes pour la biomédecine. Ces matériaux nanostructurés sont à base de protéines de soie d’araignée.

Ils empêchent la colonisation par les bactéries et les champignons, mais aident en même temps de manière proactive à la régénération des tissus humains. Ils sont donc idéaux pour les implants, les pansements, les prothèses, les lentilles de contact et autres dispositifs médicaux du quotidien. Les chercheurs ont présenté leur innovation dans la revue Materials Today.

Matériaux à base de protéines de soie d’araignée : une double action répulsive et régénératrice

C’est un risque d’infection largement sous-estimé : des micro-organismes pathogènes se déposant à la surface des objets thérapeutiques. Peu à peu, ils forment un biofilm dense, souvent invisible, qui ne peut être facilement éliminé, même par des agents nettoyants, et qui est souvent résistant aux antibiotiques et aux antimycotiques. Les bactéries et les champignons peuvent alors migrer dans les tissus adjacents de l’organisme. En conséquence, ils interfèrent non seulement avec divers processus de guérison, mais peuvent même provoquer des infections potentiellement mortelles.

comparaison materiaux

Vue au microscope électronique ; à gauche : d’un morceau de polycaprolactone — plastique biodégradable utilisé en médecine — recouvert d’un biofilm bactérien ; à droite : d’un morceau de biomatériau à base de soie d’araignée, sans aucune trace de biofilm. Crédits : Gregor Lang

Grâce à une nouvelle approche de recherche, les chercheurs de l’Université de Bayreuth ont trouvé une solution à ce problème. En utilisant des protéines de soie d’araignée produites biotechnologiquement, ils ont développé un matériau qui empêche l’adhésion de microbes pathogènes. Même les staphylocoques, résistants à de multiples agents antibactériens (SARM), n’ont aucune chance de se déposer sur la surface du matériau. Les biofilms poussant sur les instruments médicaux, les équipements sportifs, les lentilles de contact, les prothèses et autres objets du quotidien, pourraient donc bientôt être éradiqués.

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De plus, les matériaux sont conçus pour favoriser simultanément l’adhésion et la prolifération des cellules humaines à leur surface. S’ils peuvent être utilisés pour des pansements, des prothèses cutanées ou des implants, ils soutiendraient de manière proactive la régénération des tissus endommagés ou perdus. Contrairement à d’autres matériaux précédemment utilisés pour régénérer les tissus, le risque d’infection est intrinsèquement éliminé. Des revêtements résistants aux microbes destinés à diverses applications biomédicales et techniques devraient donc être disponibles dans un proche avenir.

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Un effet répulsif basé sur la structure nanométrique des matériaux

Les chercheurs de Bayreuth ont jusqu’à présent testé avec succès la fonction répulsive anti micro-organismes sur deux types de matériaux en soie d’araignée : sur des films et des revêtements de seulement quelques nanomètres d’épaisseur et sur des échafaudages en hydrogel tridimensionnels qui peuvent servir de précurseurs à la régénération tissulaire.

« Nos recherches à ce jour ont conduit à une découverte absolument révolutionnaire pour les futurs travaux de recherche dans ce domaine. En particulier, les propriétés anti-pathogènes des biomatériaux que nous avons développés ne sont pas basées sur des effets toxiques, c’est-à-dire non destructeurs de cellules. Le facteur décisif réside plutôt dans les structures au niveau nanométrique, qui rendent les surfaces de soie d’araignée repoussantes pour les microbes. Elles empêchent les agents pathogènes de se fixer sur ces surfaces », explique Thomas Scheibel.

« Un autre aspect fascinant est que la nature s’est une fois de plus avérée être le modèle idéal pour des concepts de matériaux très avancés. La soie d’araignée naturelle est très résistante aux infestations de pathogènes et la reproduction de ses propriétés de manière biotechnologique est une percée », ajoute Gregor Lang, chef du groupe de recherche sur le traitement des biopolymères à l’Université de Bayreuth.

Sources : Materials Today

toile araignee

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