Poudre apatitique biomimétique en phagothérapie pour lutter contre les biofilms installés lors d’infections ostéoarticulaires

Phage therapy with biomimetic apathetic powder to fight against bone and joints biofilms

• Auteur / Autrice : Maxime Decodts
• Direction : Franck Bouchart, Jean-Marie Lacroix
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la vie et de la santé
• Date : Soutenance le 10/12/2024
• Etablissement(s) : Valenciennes, Université Polytechnique Hauts-de-France
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale polytechnique Hauts-de-France (Valenciennes, Nord ; 2021-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de matériaux céramiques et de mathématiques (Valenciennes, Nord ; 2021-....)
• Partenaire(s) de recherche : Etablissement délivrant conjointement le doctorat : Institut national des sciences appliquées Hauts-de-France (Valenciennes, Nord ; 2019-....)
• Jury : Président / Présidente : Thierry Grard
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Franck Bouchart, Jean-Marie Lacroix, Marie Titecat, Feng Chai, Christophe Colleoni
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Marie Titecat, Feng Chai

Mots clés

Mots clés contrôlés

Arthropathies

Os -- Maladies

Prothèses articulaires

Biocéramiques

Mots clés libres

Anti-Infectieux

Biofilms

Biomateriaux

Phagothérapie

Anti-Infectious

Phage therapy

Biofilms

Biomaterials

Résumé

Grâce à leurs propriétés biocompatibles, ostéoconductrices et résorbables, les céramiques de phosphate de calcium sont fréquemment utilisées en tant que biomatériaux pour des implants orthopédiques ou encore pour de la régénération osseuse. Cependant, après utilisation de ces biomatériaux, il est possible que des micro-organismes les envahissent, et représente une catégorie importante des infections ostéoarticulaires possibles. Ces infections représentent un défi majeur en vue de leur complexité à être diagnostiquées ainsi que de leur difficulté à être prises en charge. Des biofilms bactériens, qui sont des communautés de cellules adhérant à une surface, peuvent se former sur les implants orthopédiques. Sous cette forme de vie, les bactéries sont englobées dans une matrice polymérique protectrice et leur métabolisme peut être ralenti, causant de grandes résistance vis-à-vis du système immunitaire, mais également face aux traitements par antibiothérapie classique. La résistance aux antibiotiques est un phénomène mondial, qui limite grandement les options thérapeutiques à de nombreuses infections. En conséquence des alternatives thérapeutiques sont recherchées, et la recherche sur la phagothérapie a réémergé. Elle consiste en l’utilisation thérapeutique de bactériophages qui sont des virus capables de cibler et lyser des bactéries cibles, y compris des bactéries possédant de multiples résistances aux antibiotiques. La recherche dans notre laboratoire a permis de montrer qu’il était possible d’adsorber des bactériophages sur des matériaux céramiques dans le but de traiter des infections de pathogènes majeurs d’infections ostéoarticulaires que sont Staphylococcus aureus et Escherichia coli. Le but de cette thèse était de mettre au point un dispositif céramique capable d’encapsuler une grande concentration de phages, de manière stable dans le temps, afin d’éradiquer un biofilm bactérien. J’ai montré que cela était réalisable via coprécipitation de phosphates de calcium en obtenant une poudre biomimétique apatitique encapsulant des bactériophages, qui est efficace contre des cultures planctoniques d’E. coli et de S. aureus mais également contre des biofilms de S. aureus. Ce dispositif a été caractérisé et mis au point pour une lyophilisation.

Thanks to their biocompatible, osteoconductive and resorbable properties, phosphate calcium ceramics are commonly used as biomaterials for orthopaedic implants or for bone regeneration. However, after using these biomaterials, micro-organism may invade them, representing a major source of bone and joint infections. Being hard to diagnose and to treat, these infections represent a significant problem. Moreover, bacterial biofilm, communities of cells adhering to a surface, are able to invade orthopaedic implants. In this state, a polymer matrix protects them, and their metabolism might be reduced. These properties may cause both evasion of host immune system and antibiotic therapy resistance. Antibiotic resistance is an international concern, restricting options of treatment of several infections as new multiresistant strains appear. Thus, there is an urge for alternative treatment, and so phage therapy research re-emerged. It consists in therapeutical use of bacteriophages, viruses able to target and lyse bacterial cell, even though they demonstrate multi-resistance to antibiotics. It has been shown in our lab that bacteriophages are able to adsorb on ceramic materials, aiming for a possible treatment of bone and joint infection. Especially two species responsible for bone and joint infections were targeted by these studies: Staphylococcus aureus and Escherichia coli. The aim of this thesis was to develop a ceramic dispositive able to encapsulate a huge concentration of bacteriophages. The release of these viruses must be stable overtime, in order to completely eradicate a bacterial biofilm. I demonstrated that this was possible by coprecipitating phosphate calcium, resulting in a biomimetic apatite powder encapsulating bacteriophages. This dispositive is efficient against both planktonic and biofilm cultures of S. aureus, was characterised and then optimized for freeze-drying.