Une nouvelle technologie peut revitaliser les effets bactéricides des antibiotiques conventionnels dans les infections à E. coli MDR

Une équipe de recherche dirigée par le professeur Kelvin Yeung Wai-kwok du Département d’orthopédie et de traumatologie, École de médecine clinique, Faculté de médecine LKS, Université de Hong Kong (HKUMed) a conçu une technologie non invasive pour revitaliser les effets bactéricides de antibiotiques conventionnels dans les multirésistants (MDR) Escherichia coli (E. coli)– infections des tissus profonds associées, telles que les infections des voies urinaires et péritonéales.

Dans l’étude, la bactérie MDR E. coli s’est avérée à nouveau sensible à l’intervention d’antibiotiques conventionnels lorsque la bactérie est exposée à un état hyperthermique léger (environ 50 degrés Celsius). Par conséquent, l’équipe HKUMed a conçu une nouvelle microsphère sensible aux micro-ondes encapsulée avec des antibiotiques conventionnels qui peut réaliser simultanément la thérapie par hyperthermie in situ et le traitement antibiotique. Le résultat a été publié dans Matériaux fonctionnels avancés.

Arrière plan

Parmi toutes les bactéries MDR, MDR E. coli, définie comme une bactérie Gram-négative, a été l’un des trois agents pathogènes préoccupants avec une priorité critique identifiée par l’Organisation mondiale de la santé (OMS). En raison de sa structure unique de membrane externe (OM), la bactérie peut s’immuniser contre le traitement de la plupart des antibiotiques disponibles dans les cliniques.

En bref, il existe une barrière particulière trouvée dans la structure, à savoir la machine d’assemblage de barils β (complexe BAM). Lorsque ce complexe s’associe à deux autres barrières pompe d’efflux MDR et dégradation enzymatique dans le cytoplasme, la bactérie peut alors bloquer efficacement l’attaque des antibiotiques. Cependant, le traitement conventionnel ne peut qu’affaiblir la fonction de la protéine BamA (composant principal du complexe BAM) au lieu des trois barrières à la fois.

Méthode de recherche et résultats

L’équipe de recherche HKUMed a d’abord découvert que ces barrières deviendront temporairement paralysées si la température du site d’infection est élevée à environ 50 degrés Celsius pendant seulement 10 minutes, au cours desquelles ce traitement thermique doux et à court terme est tolérable par les tissus humains.

Lorsque les antibiotiques conventionnels peuvent intervenir en même temps, l’équipe pense que l’infection induite par les bactéries gram-négatives peut être complètement éliminée. Par conséquent, ils conçoivent une nouvelle microsphère sensible aux micro-ondes comprenant un biopolymère approuvé par la FDA appelé poly (acide lactique-co-glycolique) (PLGA) qui peut générer une chaleur douce sous réserve de la stimulation du signal micro-ondes.

Lorsque cette stratégie hyperthermique micro-ondes in situ (MWH) est appliquée, elle peut resensibiliser efficacement le MDR E. coli aux traitements antibiotiques conventionnels tels que les antibiotiques β-lactame, aminoglycoside et tétracycline.

Les résultats ont démontré que MWH a induit la turbulence structurelle du complexe BAM, l’obstruction fonctionnelle des pompes d’efflux MDR et la paralysie catalytique des enzymes hydrolytiques ou modificatrices apparentées. De plus, l’efficacité thérapeutique de cette stratégie antibactérienne collective a été démontrée dans les modèles animaux atteints d’infection urinaire et d’infection péritonéale.

Importance de la recherche

Nous nous inspirons du mécanisme de la fièvre dans le corps humain, lorsqu’un être humain combat une infection bactérienne. Nous découvrons alors que la chaleur peut aider à compromettre les barrières construites par MDR E. coli. Lorsque MWH se combine avec l’utilisation d’antibiotiques disponibles dans le commerce, cette approche peut remarquablement réduire le fardeau de l’infection bactérienne gram-négative (par exemple MDR E. coli) dans les tissus profonds. Nous pouvons également envisager d’encapsuler les médicaments anti-tumoraux avec des antibiotiques pour traiter les patients atteints de cancer des os avec une infection bactérienne post-opératoire dans la pratique future. »

Kelvin Yeung Wai-kwok, professeur, Département d’orthopédie et de traumatologie, École de médecine clinique, Faculté de médecine LKS, Université de Hong Kong