Combattre les infections avec des bandages intelligents
Les barrières externes telles que la peau sont la première ligne de défense contre les dommages aux structures internes. En cas de blessure, il y a un processus complexe et coordonné qui a lieu pour réparer la plaie, comprenant quatre étapes : l’hémostase, l’inflammation, la prolifération et le remodelage. Ce processus est vital pour empêcher la colonisation par des agents pathogènes.
Une plaie ouverte fournit un environnement humide, chaud et nutritif pour la colonisation et la prolifération des micro-organismes. Une plaie peut être infectée par des micro-organismes provenant de l’environnement, de la flore naturelle de la peau environnante ou de sources endogènes. Si une plaie s’infecte, le système immunitaire inné commencera un cascade d’événements dans les efforts visant à éliminer la menace microbienne.
Les plaies peuvent être classées comme « aiguës » ou « chroniques », la première étant causée par des dommages externes à la peau intacte et la seconde résultant de conditions propices qui compromettent l’intégrité de la peau. Les plaies aiguës ne laissent généralement pas suffisamment de temps pour que beaucoup de colonisation se produise, car la « brèche » est généralement traitée rapidement via le processus en quatre étapes susmentionné. Cependant, les plaies chroniques ne parviennent pas à terminer le processus de réparation normal, par conséquent les tissus internes sont exposés pendant une période plus longue, ce qui augmente le risque et l’étendue de la colonisation.
Biomarqueurs de l’infection
Les espèces réactives de l’oxygène (ROS) sont générées et consommées par les cellules procaryotes et eucaryotes. Les concentrations basales de ROS aident dans la lutte contre les micro-organismes envahisseurs et les « messagers » des ROS tels que le peroxyde d’hydrogène stimulent les phases clés de la cicatrisation des plaies. Dans les plaies non infectées, le peroxyde d’hydrogène est présent à de faibles concentrations, cependant une concentration accrue indique un environnement dans lequel l’inflammation est dérégulée et pathogènes formant un biofilm peut croître rapidement. Des niveaux élevés de peroxyde d’hydrogène sont donc un biomarqueur d’une infection possible.
Une équipe dirigée par un professeur assistant Daniel Roxbury de l’Université de Rhode Island a développé un « pansement intelligent » – en combinant des fibres de bandage avec des nanocapteurs – conçu pour détecter l’infection des plaies en mesurant les niveaux de peroxyde d’hydrogène.
Roxbury explique la technologie sous-jacente du pansement, « Nanotubes de carbone fonctionnalisés qui répondent sélectivement au peroxyde d’hydrogène et rapportent les concentrations au moyen d’un signal de fluorescence proche infrarouge. Les nanotubes sont encapsulés dans des microfibres individuelles qui empêchent la lixiviation des nanocapteurs mais permettent au peroxyde de se diffuser à l’intérieur.
Les nanotubes de carbone à paroi simple ont déjà été utilisés pour surveiller les ROS, par exemple dans les plantes en tant que biomarqueur pour la santé des plantes. Cependant, l’intégration de ces technologies a posé des problèmes car la fluorescence proche infrarouge est très sensible à l’environnement local.
Les ROS ont des demi-vies courtes et sont donc difficiles à détecter et à quantifier chez les patients. Cependant, cela est possible avec l’utilisation de biocapteurs électrochimiques, qui appliquent des technologies différentes de celles utilisées dans le bandage intelligent. L’application de ces capteurs sur différents organes est limitée en raison de l’exigence d’un transducteur de signal connecté au capteur. À ce sujet, Roxbury commente : « L’un des avantages de cette technologie par rapport à d’autres techniques est qu’il n’est pas nécessaire d’attacher des composants électroniques coûteux et sensibles au bandage. La lecture est sans fil (optique) et ne nécessite pas de source d’alimentation connectée.
Système de sonde : des nanocapteurs sont placés à l’intérieur des fibres individuelles d’un textile. Image reproduite avec l’aimable autorisation de Daniel Roxbury
Perspectives d’avenir
Jusqu’à présent, la technologie de bandage intelligent a été testée in vitro, dans des boîtes de Pétri de cellules pertinentes pour la plaie qui créent du peroxyde en réponse à une infection bactérienne. Une fois ces tests terminés, l’équipe prévoit de passer à in vivo études animales.
« Le pansement n’est pas spécifique à un type d’infection en particulier, mais peut plutôt être utilisé pour diagnostiquer et surveiller le développement de plaies chroniques et d’escarres ainsi que de plaies aiguës. L’espoir est de déployer la technologie pour une utilisation de routine dans les hôpitaux et les maisons de retraite pour le suivi des plaies chroniques chez les patients diabétiques et les personnes âgées, c’est-à-dire ceux qui sont particulièrement enclins à développer de telles conditions physiologiques », conclut Roxbury.
Daniel Roxbury s’adressait à Kate Robinson, assistante éditoriale pour Technology Networks