Développement de compresses d'alginate de calcium à activité antibiofilm

Development of calcium alginate dressings with antibiofilm activity

• Auteur / Autrice : Maxime Gobin
• Direction : Emmanuel Pauthe
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la vie et de la santé - Cergy
• Date : Soutenance le 07/12/2021
• Etablissement(s) : CY Cergy Paris Université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et ingénierie (Cergy-Pontoise, Val d'Oise)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Equipe de recherche sur les relations matrice extracellulaire-cellules (Cergy-Pontoise, Val d'Oise ; 1992-....)
• Jury : Président / Présidente : Thierry Brigaud
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Emmanuel Pauthe, Nicolas Blanchemain, Thierry Jouenne, Céline Gonfroy-Leymarie, Adeline Gand, Damien Seyer, Diego Velasquez
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Nicolas Blanchemain, Thierry Jouenne

Mots clés

Mots clés contrôlés

Cicatrisation de plaie

Mots clés libres

Compresse

Alginate

Curcumine

Antibiofilm

Carvacrol

Acide gallique

Carvacrol

Antibiofilm

Dressings

Gallic acid

Curcumin

Alginate

Résumé

La prévention et le soin des plaies représente un enjeu majeur de santé publique. Cela est vrai notamment dans les contextes où s’installent un biofilm bactérien spécifique qui souvent compromet le processus de cicatrisation via l’acquisition par les bactéries de formes de vie qui leur confèrent entre autres une tolérance accrue aux antibiotiques et une virulence plus forte. La présence de biofilm dans les plaies conduit dans ces dernières à un maintien d’un état inflammatoire chronique qui compromet la cicatrisation de la peau lésée.Définir et trouver des stratégies pour prévenir et lutter contre le biofilm dans les plaies est un véritable challenge de santé publique. C’est l’enjeu principal du projet ABC décliné à travers le développement d’une compresse d’alginate de calcium à activité antibiofilm.Dans ce cadre, trois actifs naturels pertinents ont d’abord été sélectionnés (l’acide gallique, le carvacrol et la curcumine) et ont permis le développement de solutions qui ont su démontrer des propriétés inhibitrice et/ou bactéricide sur S. aureus et P. aeruginosa, les deux espèces bactériennes les plus communément retrouvées dans les plaies. Les solutions d’acide gallique et de carvacrol ont également montré des propriétés antibiofilm puisqu’elles amènent au minimum à une diminution de la biomasse bactérienne de plus de 5log sur P. aeruginosa et S. aureus. La combinaison de ces deux actifs en solution a permis l’obtention d’un effet antibiofilm sur les deux types de biofilm ainsi que sur un biofilm double-espèces de S. aureus et P. aeruginosa.Fort de ces résultats, des prototypes de compresses ont été développés avec la mise en place d’une méthode de production. Elle comprend une étape d’imprégnation, de séchage et de stérilisation ainsi que des points de contrôles pour évaluer l’efficacité du séchage ou encore la quantité d’actifs présents dans les compresses. Cette méthode de production permet d’aboutir à des compresses enrichies en actifs. Celles contenant un seul actif permettent un effet antibiofilm sur S. aureus tandis que des compresses avec une combinaison du carvacrol et de l’acide gallique ou de la curcumine permettent d’obtenir un effet antibiofilm aussi sur P. aeruginosa. Toutefois la stabilité des actifs au cours du temps a dû être optimisée.Afin de stabiliser les actifs, une optimisation de la formulation a été réalisée au travers de l’encapsulation des molécules dans des cyclodextrines. Il a ainsi été possible de complexer le carvacrol et l’acide gallique avec la beta-cyclodextrine et l’hydroxypropyl-beta-cyclodextrine. Les différents complexes ont été caractérisés ce qui a permis de comprendre une partie des interactions mises en place entre actifs et cyclodextrines et de démontrer une bonne stabilité des actifs complexés au cours du temps. Sous cette formulation l’acide gallique ne présente plus d’activité antibiofilm mais à l’inverse l’efficacité antibiofilm du carvacrol est conservée sur S. aureus. La formulation reste encore à optimiser et des expériences complémentaires doivent être réalisées pour trouver les paramètres adéquats permettant une activité antibiofilm des deux actifs encapsulés.

Wounds prevention and care is a major public health issue. This is particularly true in contexts where a specific bacterial biofilm is established, which often compromises the healing process through the acquisition by bacteria of life forms that give them, among other things, increased tolerance to antibiotics and greater virulence. Biofilm presence in wounds leads to the maintenance of a chronic inflammatory state in wounds compromising the healing of injured skin.Defining and finding strategies to prevent and fight against biofilm in wounds is a real public health issue. This is the main challenge of the ABC project, which involves the development of a calcium alginate dressing with antibiofilm activity.In this context, three relevant natural active ingredients were first selected (gallic acid, carvacrol and curcumin) and allowed the development of solutions that demonstrated inhibitory and/or bactericidal properties on S. aureus and P. aeruginosa, the two bacterial species most commonly found in wounds. Solutions of gallic acid and carvacrol have also shown antibiofilm properties as they lead to a minimum decrease in bacterial biomass of more than 5log on P. aeruginosa and S. aureus. The combination of these two active ingredients in solution allowed an antibiofilm effect to be obtained on both types of biofilm as well as on a double species biofilm of S. aureus and P. aeruginosa.Based on these results, dressings prototype were developed with the implementation of a production method. It includes impregnation, drying and sterilisation stages as well as control points to evaluate the effectiveness of the drying or the quantity of active ingredients present in dressings. This production method results in active-enriched compresses. Those containing a single active ingredient allow an antibiofilm effect on S. aureus, while dressings with a combination of carvacrol and gallic acid or curcumin allow an antibiofilm effect also on P. aeruginosa. However, the stability of the actives over time had to be optimised.In order to stabilise the active ingredients, the formulation was optimised by encapsulating molecules in cyclodextrins. It was thus possible to complex carvacrol and gallic acid with beta-cyclodextrin and hydroxypropyl-beta-cyclodextrin. The different complexes were characterised, which made it possible to understand some of the interactions between the active ingredients and cyclodextrins and to demonstrate good stability of the complexed active ingredients over time. Under this formulation, gallic acid no longer exhibits antibiofilm activity, but conversely, the antibiofilm efficiency of carvacrol is retained on S. aureus. The formulation still needs to be optimised and further experiments need to be carried out to find the right parameters for the antibiofilm activity of both encapsulated actives.