Antimicrobial protections : combining functionalization and nanostructuring to explore cell/surface interactions
Protections antimicrobiennes : combinaison de la fonctionnalisation et de la nano-structuration pour explorer les interactions cellule/surface
Résumé
Microorganisms, ubiquitous and resilient, hold the undisputed title of the most persistent inhabitants of our planet. Present on Earth for approximately 4 billion years, their remarkable adaptive mechanisms have enabled them to colonize all environments, even the most extreme, and to play an essential role in them. Although their outstanding proliferation and antibiotic resistance capabilities have been established for at least a century, the end of the golden age of antibiotics in the 1960s has revived concerns. To address the resurgence of this resistance, new technological solutions have been explored to limit contamination in sensitive environments and surfaces, particularly in the medical field. Among these, the fabrication of actively antimicrobial surfaces is particularly relevant. Approaches involving chemical surface functionalization and the release of antimicrobial agents have been extensively explored in recent years but still suffer from disadvantages related to the durability of their activity. Newer approaches, such as the nanofabrication of bioinspired surfaces, also show promise and could complement existing methods. However, the interaction mechanisms between microorganisms and materials are complex, and for each approach, numerous parameters can influence surface effectiveness. Additionally, the lack of standardized protocols to characterize the full antimicrobial properties of surfaces complicates the sharing of knowledge and understanding of mechanisms. This thesis aims to highlight the impact of specific surface design parameters and the importance of taking them into account to design effective solutions, utilizing chemical functionalization with antimicrobial peptides and nanostructuring through electrodeposition. Drawing on the study of Escherichia coli and Staphylococcus epidermidis, two bacterial strains relevant for their impact on human health and their morphological differences, a comprehensive protocol for microbiological characterization of antimicrobial properties, accompanied by semi-automatic algorithms allowing faster data processing, has been developed. This protocol has been applied to assess the effectiveness of the approaches, whether individually or in combination. The obtained results contribute to a better understanding of the impact of the various studied parameters and emphasize key steps in comprehending and evaluating antimicrobial properties.
Les micro-organismes, omniprésents et résilients, détiennent le titre incontestable d’organismes vivants les plus tenaces de notre planète. Présents sur Terre depuis environ 4 milliards d'années, leurs remarquables mécanismes d'adaptation leur ont permis de coloniser tous les environnements, même les plus extrêmes, et d’y jouer un rôle essentiel. Bien que leur prolifération remarquable et leur capacité de résistance aux antibiotiques soient établies depuis au moins un siècle, la fin de l'ère dorée des antibiotiques dans les années 1960 a ravivé les préoccupations en matière de santé publique. Afin de faire face au développement de cette résistance, de nouvelles solutions technologiques ont été explorées pour limiter la contamination d’environnements et de surfaces sensibles, notamment dans le domaine médical. Parmi elles, la fabrication de surfaces activement anti-microbiennes est particulièrement pertinente. Les approches de fonctionnalisation chimique de surface et de relargage d’agents anti-microbiens ont été extensivement explorées ces dernières années, mais souffrent encore de limites liées à la durabilité de leur activité. Des approches plus récentes dans le développement de matériaux dits « fonctionnels », comme la nano-fabrication de surfaces bio-inspirées, se révèlent également prometteuses et pourraient compléter les approches existantes. Cependant, les mécanismes d'interaction entre les micro-organismes et les matériaux sont complexes et, pour chaque approche, de nombreux paramètres peuvent influencer l'efficacité des surfaces. En outre, le manque de protocoles standards pour caractériser l'ensemble des propriétés anti-microbiennes des surfaces fonctionnelles complique la mise en commun des connaissances et la compréhension des mécanismes. En utilisant la fonctionnalisation chimique de matériaux avec des peptides antimicrobiens et la nano-structuration par électro-dépôt, cette thèse vise à mettre en évidence l'impact de certains paramètres de conception des surfaces et l'importance de les prendre en compte pour concevoir des solutions efficaces. En se basant sur l’étude d’Escherichia coli et Staphylococcus epidermidis, deux souches bactériennes pertinentes pour leur rôle sur la santé humaine et leurs différences morphologiques, un protocole exhaustif de caractérisation microbiologique des propriétés anti-microbiennes de matériaux fonctionnels, accompagné d'algorithmes semi-automatiques accélérant le traitement des données ainsi produites, a été développé. Ce protocole a été appliqué pour évaluer l’efficacité des approches, que ce soit individuellement ou en combinaison. Les résultats obtenus permettent de mieux comprendre l’impact des différents paramètres étudiés et mettent en avant les étapes clés dans la compréhension et l’évaluation des propriétés anti-microbiennes.
| Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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