Élaboration de nanoparticules de silice bifonctionnelles : outils innovants pour l'exploration de biofilms à Pseudomonas aeruginosa

Bifunctional silica nanoparticules : innovative tools for the exploration of pseudomonas aeruginosa biofilms

• Auteur / Autrice : Léïla Mauline
• Direction : Marie-Joëlle Menu, Christine Roques
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie, biologie, santé
• Date : Soutenance en 2012
• Etablissement(s) : Toulouse 3

Mots clés

Mots clés contrôlés

Pseudomonas aeruginosa

Silice

Nanoparticules

Biofilms

Mots clés libres

Nanoparticules de silice bifonctionnelles

Complexes Ruthénium(II)

Luminescence

Incorporation

Greffage

Biofilms

Eps

Microscopie confocale

Résumé

Les biofilms sont des communautés de micro-organismes emprisonnés dans une matrice auto-produite de substances polymériques extracellulaires (EPS). Elle est souvent impliquée dans la résistance accrue aux traitements chimiques (désinfectants, antimicrobiens) les rendant difficile à éradiquer. Fréquemment nuisible en milieux industriel et médical, la problématique des biofilms est un enjeu de santé publique et économique. Après avoir fait l'état de l'art sur les méthodes utilisées classiquement pour l'exploration des biofilms, il existe peu d'outils permettant d'étudier in situ le transport au sein des biofilms vivants. Dans cette optique, les nanoparticules de silice luminescentes couplées à la microscopie confocale seraient une voie prometteuse et innovante. L'objectif de notre travail a été d'élaborer des nanoparticules de silice permettant l'exploration de biofilms pour se rendre compte des interactions physico-chimiques avec l'EPS et d'étudier le transport au sein des biofilms. La première partie de ce travail décrit la synthèse et la caractérisation des nanoparticules de silice bifonctionnelles présentant des propriétés de luminescence et des propriétés de surface variées. Le choix du luminophore s'est porté sur les complexes de ruthénium(II) car ils présentent des caractéristiques photo-physiques intéressantes pour l'application visée. Des particules luminescentes de taille variée ont été synthétisées. Les différentes propriétés de surface (hydrophile, cationique, anionique ou hydrophobe) ont été apportées par réaction de greffage de 6 organosilanes différents. Nous avons ainsi à disposition, tout un panel de nanoparticules de silice bifonctionnelles. Ces dernières ont été entièrement caractérisées. La seconde partie de ce travail décrit l'exploration de biofilms à Pseudomonas aeruginosa par des nanoparticules de silice bifonctionnelles. Dans un premier temps nous avons évalué la cytotoxicité des particules vis-à-vis des biofilms puis nous avons mis au point les conditions d'introduction des nanoparticules et de leur observation par microscopie confocale. Lors des observations en microscopie confocale, nous avons montré que les particules fonctionnalisées parvenaient à pénétrer dans les biofilms de la bactérie Pseudomonas aeruginosa. Cependant un effet de taille sur la pénétration a été relevé, même si la différence de taille n'est pas très importante. La localisation des particules dépend des propriétés de surface des nanoparticules.

Biofilms are micro-organisms community embedded within a self-produced matrix of extracellular polymeric substance (EPS). This matrix is often involved in increased resistance to chemical treatments (disinfectants, antimicrobials) making them difficult to eradicate. Frequently detrimental in industrial and medical domains, the problem of biofilms is a public health and economic issue. After the state of the art on methods conventionally used for the exploration of biofilms, there are few tools to study transport in situ in a living biofilms. From this perspective luminescent silica nanoparticles coupled with confocal microscopy would be a promising and innovative route. The aim of this work is to elaborate silica nanoparticles for biofilms exploration in order to understand physicochemical interactions with EPS and to study transport through biofilms. The first part describes the synthesis and the characterization of bifunctional silica nanoparticles owning luminescent properties and various surface properties. Ruthenium complexes were chosen for its interesting photo-physical features. Different sizes of particles were synthesized. Different surface properties (cationic, anionic, hydrophilic and hydrophobic) were brought with 6 organosilanes by grafting reaction. These nanomaterials were fully characterized. The second part presents Pseudomonas aeruginosa biofilms exploration with bifunctional silica nanoparticles. Firstly we evaluated cytotoxicity with respect to biofilms then we tuned introduction conditions of nanoparticles and their observation with confocal microscopy. During confocal microscopy visualization, we demonstrated that functionalized particles were able to penetrate inside biofilms. However size effect on penetration was highlighted, even if size difference isn't important. Particles localization depends on surface properties of nanoparticles.