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Theses Year : 2021

Models of diabetic foot ulcers : an in vitro and in vivo approach to uderstand the formation of biofilms of pathogenic bacteria alone or in combination

Modèles d'infection de la plaie du pied chez le diabétique : approche in vitro et in vivo de la formation de biofilms de bactéries pathogènes seules ou en association

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Abstract

Chronic wounds are a real public health problem. One of the main complications is the recurrent progress towards infection with an underlying risk of amputation. The difficulty of management lies in the presence of a polymicrobial biofilm at the wound bed. The objective of this thesis was to promote the development of the state-of-the-art of this important pathophysiology phenomenon of biofilm but also to promote new approaches for therapeutic treatment of chronic wounds to reduce risk of morbid infections. This doctoral work enabled: i) to perfect diagnostic tools by creating a new in vitro model mimicking the environment in which bacteria evolve at the level of chronic wounds; ii) to study behavior (virulence, fitness, genomics, morphology, early biofilm formation, expression of key genes for biofilm formation) of reference strains and clinical strains of Staphylococcus aureus (SA) and Pseudomonas aeruginosa (PA) isolated on a patient wound, based on short or long-term exposure to a conventional or a chronic wound like environment. The results showed that exposure under stressful environmental conditions reduced the virulence and fitness of the strains in favor of a biofilm-oriented behavior; iii) demonstrate the impact of multiple bacteria in an environment. This work has particularly highlighted the decrease of the pathogenicity and the evolution of the expression of some genes involved in the biofilm of SA strain when in contact with PA strain. iv) the development of a dynamic biofilm formation and confocal imaging technique allowing the visualization of a three-dimensional polymicrobial biofilm and the evaluation of antimicrobial molecules on each bacterial species composing the biofilm polymicrobial after an automatized mechanical debridement. The combination of our new chronic wound-like medium and the microfluidic biofilm formation and 3D visualization system of the polymicrobial biofilm represents powerful tools to improve the understanding of the interactions governing biofilms but also to evaluate the effectiveness of candidate molecules in chronic wounds management.Key words: Chronic wounds, infections, biofilms, bacterial cooperation
Les plaies chroniques sont un réel problème de santé publique. L’une des principales complications est l’évolution fréquente vers l’infection avec un risque sous-jacent d'amputation. La difficulté de prise en charge repose sur la présence d’un biofilm polymicrobien au niveau du lit de la plaie. L'objectif de cette thèse était de promouvoir l'amélioration de l'état de l'art relatif à la compréhension de ce phénomène physiopathologique important mais également de développer de nouvelles approches concernant le traitement thérapeutique des plaies chroniques pour réduire les risques d'infections morbides. Ce travail de doctorat a permis : i) de parfaire les outils diagnostic de par la création d’un nouveau modèle in vitro mimant l’environnement dans lequel les bactéries évoluent au niveau des plaies chroniques ; ii) d’étudier le comportement (virulence, fitness, génomique, morphologie, formation de biofilm précoce, expression de gènes clés pour la formation de biofilm) de souches de références et de souches cliniques de Staphylococcus aureus (SA) et Pseudomonas aeruginosa (PA). Ces souches, isolées au sein d’une même plaie, étaient exposées de façon courte ou prolongée, à un milieu classique ou mimant l’environnement chronique d’une plaie. Les résultats ont montré qu’une exposition dans des conditions environnementales stressantes réduisaient la virulence et le fitness des souches au profit d’un comportement plus tourné vers la formation de biofilm ; iii) de démontrer l’impact de la présence de plusieurs bactéries au sein d’un environnement. Ce travail a particulièrement mis en évidence la baisse de pathogénicité et l’évolution de l’expression de certains gènes impliqués dans le biofilm de souche de SA en présence de PA. Enfin iv) la mise au point d’une technique de formation de biofilm dynamique et d’imagerie confocale permettant la visualisation d’un biofilm polymicrobien en trois dimensions et l’évaluation de molécules antimicrobiennes sur chaque espèce bactérienne composant le biofilm polymicrobien après un débridement mécanique automatisé. La combinaison de notre nouveau milieu « plaie chronique » et du système de formation en flux et visualisation en 3D du biofilm polymicrobien représente des outils puissants pour améliorer la compréhension des interactions régissant les biofilms mais aussi pour évaluer l’efficacité de molécules candidates dans la prise en charge des plaies chroniques.Mots clés : Plaies chroniques, infections, biofilms, coopération bactérienne
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  • HAL Id : tel-03558260 , version 1

Cite

Cassandra Pouget. Modèles d'infection de la plaie du pied chez le diabétique : approche in vitro et in vivo de la formation de biofilms de bactéries pathogènes seules ou en association. Médecine humaine et pathologie. Université Montpellier, 2021. Français. ⟨NNT : 2021MONTT053⟩. ⟨tel-03558260⟩
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