Les scientifiques des matériaux de l'Université MISIS ont présenté des nano-revêtements antibactériens avec une efficacité allant jusqu'à 99.99 % contre les agents pathogènes microbiens et fongiques. Un matériau à base de nitrure de bore et de nanoparticules ultrafines d'argent métallisé ou d'oxyde de fer n'a pas d'effets secondaires négatifs typiques et peut donc devenir une alternative sûre aux antibiotiques en traumatologie, chirurgie et implantologie. Les résultats des travaux ont été publiés dans la revue Science de surface appliquée.

L'histoire de l'humanité est liée à la lutte contre les infections, et le problème reste aigu. En raison d'une augmentation significative du nombre d'interventions chirurgicales et de l'émergence de bactéries résistantes aux antibiotiques, le problème de la suppression de l'infection dans les premiers stades est devenu particulièrement pertinent. Par exemple, selon la revue scientifique Lancette, plus d'un million de personnes sont mortes d'infections bactériennes résistantes aux antibiotiques en 2019. Selon la même publication, la mortalité due à la résistance bactérienne aux antibiotiques est désormais la deuxième après les accidents vasculaires cérébraux et les maladies coronariennes.

De plus, des scientifiques du monde entier tentent de résoudre le problème de infections microbiennes causée par la pose d'implants pendant la chirurgie. La chirurgie orthopédique et dentaire est un problème particulièrement grave. Ce n'est un secret pour personne qu'un traitement médicamenteux concomitant contre l'inflammation autour des implants entraîne souvent des effets secondaires dus aux propriétés et aux doses élevées des antibiotiques.

Un groupe de scientifiques de NUST MISIS, en coopération avec des collègues du Centre de recherche d'État pour la microbiologie appliquée et la biotechnologie, a proposé une solution non standard au problème - un triple effet complexe sur un agent pathogène infectieux : des dommages physiques à la membrane bactérienne, un effet bactéricide en raison de la libération d'ions métalliques et de la synthèse d'espèces réactives de l'oxygène qui détruisent les agents pathogènes.

« Pour résoudre le problème, nous avons synthétisé des revêtements constitués de nanoparticules de nitrure de bore, modifiées avec des nanoparticules ultrafines d'argent métallique ou d'oxyde de fer. Les supports en nitrure de bore ont une forme sphérique unique avec une surface recouverte d'aiguilles. Les bactéries adhérentes meurent en raison de la destruction physique de leur membrane cellulaire lors d'un contact direct avec la surface. Les revêtements eux-mêmes émettent des ions métalliques en fonction de la concentration. Nos études ont montré qu'à une concentration minimale inhibitrice, les nanoparticules d'oxyde de fer (74 μg/cm²) suppriment efficacement la croissance des bactéries E. coli gram-négatives, ainsi que des souches bactériennes staphylococcus aureus et streptococcus pneumoniae pendant les trois premières heures. Les revêtements avec de l'argent à une concentration minimale égale à 12 μg/cm inactivent complètement les bactéries », a déclaré Christina Gudz, l'une des auteures de l'étude, chercheuse au laboratoire de nanomatériaux inorganiques NUST MISIS.

Il s'est avéré que ce revêtement détruit 100% des micro-organismes étudiés. Les souches bactériennes et le champignon Candida parapsilosis meurent dans les 24 heures suivant l'exposition. Selon les chercheurs, les nanoparticules sphériques et en forme d'aiguille ("shaggy") ne peuvent être formées qu'à partir de nitrure de bore.

L'activité bactéricide et fongicide accrue des échantillons obtenus est associée à la formation d'un grand nombre d'espèces réactives de l'oxygène: les radicaux libres endommagent les membranes des micro-organismes, ce qui entraîne leur mort.

Les développeurs soulignent que les tests ont prouvé l'absence de cytotoxicité du revêtement, ce qui signifie qu'il est sans danger pour le patient, tandis que sa substance active est efficace contre les agents pathogènes. La différence prédominante dans le revêtement par rapport aux analogues réside dans les doses minimales de composants bactéricides et l'absence totale de charge antibiotique, ce qui élimine la résistance.

L'équipe a testé les échantillons obtenus comme revêtements pour implants. La prochaine étape consistera à utiliser le développement comme matériau de pansement en traumatologie et en chirurgie. Ils envisagent également de mener des études in vitro à l'avenir, mais désormais la priorité est de mener des études sur des souches dangereuses de bactéries et de virus (Vibrio cholerae, COVID-19, etc.).