Ces foreuses moléculaires tuent les cellules cancéreuses et les bactéries résistantes aux antibiotiques

“C’est une façon mécanique de tuer à l’échelle du nanomètre.”

Tout n’est pas plus grand au Texas.

Une équipe de chercheurs de l’État du Lonestar a mis au point une série de six forets incroyablement petits – chacun est une seule molécule – qui pourraient redéfinir la lutte contre les bactéries résistantes aux antibiotiques.

Ces nanomachines fonctionnent en se fixant à la surface des cellules bactériennes. Lorsqu’elles sont exposées à la lumière, elles tournent à des vitesses incroyablement rapides pour percer des trous directement dans les bactéries. Cette nouvelle technologie est décrite dans un article publié mercredi dans la revue à comité de lecture Science Advances.

Interesting Engineering s’est entretenu avec M. Tour pour en savoir plus sur cette nouvelle technologie et sur ce qu’elle pourrait signifier pour l’avenir de la médecine.

Cette interview a été modifiée pour des raisons de longueur et de clarté.

IE : Qu’avez-vous construit exactement ?

Tour : Il s’agit d’une machine moléculaire qui perce une bactérie pour la tuer. Nous avons déjà montré que nous pouvions tuer les cellules cancéreuses avec ces nanomachines en forant dans les cellules cancéreuses. Nous montrons maintenant qu’elles peuvent tuer les bactéries. Peu importe qu’elles soient gram-négatives ou gram-positives. Peu importe le type de bactérie. Ça les tue toutes. Sans distinction. Il les tue toutes.

Ce type de moteur moléculaire a été développé par Ben Feringa, qui a remporté le prix Nobel en 2016 pour avoir créé des molécules qui tournent lorsqu’on les éclaire avec une lumière ultraviolette. Nous avons pris ces structures et les avons modifiées pour qu’elles puissent fonctionner avec la lumière dans la région visible. Nous les avons également modifiées pour qu’elles adhèrent aux surfaces des cellules bactériennes. Lorsque vous les éclairez, elles effectuent environ trois millions de rotations par seconde et finissent par percer un trou dans la membrane bactérienne.

IE : Comment cela fonctionne-t-il ?

On commence avec une double liaison torsadée. Lorsque vous l’excitez avec de la lumière, la double liaison se transforme en simple liaison et se tord à un angle de 90 degrés. Elle peut se détendre de deux façons, mais la molécule préfère une façon plutôt que l’autre à cause de ce qu’on appelle les états de transition diastéréotopiques. Les molécules tournent de façon unidirectionnelle, et c’est ce qui finit par créer le trou. Si nous utilisons des molécules qui tournent dans les deux sens, elles ne sont pas aussi efficaces.

IE : Comment la foreuse tue-t-elle réellement les bactéries ?

Tour : Elle peut tuer les bactéries en perçant simplement des trous dans la membrane et en l’ouvrant. Vous pouvez également l’utiliser de concert avec des antibiotiques périmés. Souvent, les bactéries développent une résistance en construisant une barrière qui reconnaît un antibiotique à sa surface et l’empêche de passer. Nous pouvons utiliser la nanomachine pour percer un trou dans la membrane et laisser l’antibiotique faire le reste du travail ensuite.

Nous avons également démontré qu’elle s’attaque à ce qu’on appelle les cellules persistantes. Lorsque vous traitez une infection avec des antibiotiques normaux, vous n’avez souvent qu’un petit nombre de bactéries qui, pour une raison génétique, parviennent à survivre à l’exposition aux antibiotiques. Après le traitement, ces cellules persistantes sont les seules qui restent – et elles se multiplient. Vous avez alors toute une génération de cellules persistantes que vous ne pouvez plus éliminer efficacement.

IE : Ces obstacles aux antibiotiques posent-ils un problème pour les foreuses moléculaires ?

Tour : Cela n’a pas d’importance. Nous avons élevé des cellules persister pendant des générations et des générations. Puis nous les avons exposées à la technologie, et elles meurent aussi rapidement que les cellules bactériennes normales. Les photos montrent que les membranes sont toutes pockées et percées de trous. C’est une façon mécanique de tuer à l’échelle du nanomètre.

IE : Vous avez déjà mis au point des versions de cette technologie qui peuvent tuer les cellules cancéreuses. Pourquoi avez-vous décidé de vous intéresser aux bactéries ?

Tour : Il est prévu que les bactéries tuent 10 millions de personnes par an d’ici 2050. Ce que je dis aux étudiants, c’est que lorsque vous aurez mon âge, l’infection bactérienne fera passer le COVID pour une promenade de santé. Les bactéries tuent déjà beaucoup, beaucoup de gens chaque année, surtout dans les hôpitaux.

Nous devons apprendre à contrôler ces choses car elles adaptent leur structure pour résister aux antibiotiques. Il n’y a pas beaucoup de sociétés pharmaceutiques qui travaillent sur de nouveaux antibiotiques parce qu’il n’y a pas d’argent à gagner. Les bactéries découvrent souvent comment survivre à un nouvel antibiotique au bout de quatre ou cinq ans seulement, avant même que la société pharmaceutique ait récupéré son argent. Il y a environ 30 ans de retard dans les nouvelles technologies pour les nouvelles classes de molécules destinées à tuer les bactéries. Pour l’instant, nous nous contentons d’anciennes versions et de modifications d’anciennes versions.

IE : Les bactéries pourraient-elles développer une résistance à ces forets de la même façon qu’elles ont développé une résistance aux antibiotiques.

Tour : Elles tuent par un mécanisme contre lequel il est très improbable que les bactéries puissent jamais, jamais, se prémunir, car il s’agit d’une action mécanique et non chimique. Nous les utilisons comme des machines de taille nanométrique qui percent les membranes bactériennes. Si une bactérie peut se défendre contre un scalpel, elle peut se défendre contre ces machines.

IE : Comment cette technologie pourrait-elle être appliquée dans le monde réel ?

Tour : Si un patient présente une gangrène, par exemple, un clinicien appliquerait cette technologie et éclairerait la zone en question. Si les bactéries se rassemblent dans le tractus gastro-intestinal, vous pouvez mettre une lumière dans le tractus gastro-intestinal. Vous pouvez mettre une lumière dans les voies urinaires. Cela fonctionne partout où vous avez accès à la lumière. Ou vous pouvez passer par la peau et amener la lumière de cette façon. Ce n’est qu’au contact de la lumière que ces nanomachines s’activent.

IE : Une autre source de lumière – la lumière du soleil, par exemple – pourrait-elle activer ces machines par inadvertance ?

Tour : Non, car il faut une longueur d’onde de lumière spécifique et une intensité spécifique pour que cela se produise. C’est un système très sélectif en ce sens qu’il ne s’active que là où vous traitez la zone et où vous envoyez la lumière.

IE : Combien de temps restent-ils dans le corps ?

Tour : Ils sont éliminés naturellement par le corps en un jour environ. En général, on les injecte, on attend 15 minutes, puis on projette la lumière.

IE : Il s’agit de votre premier article sur l’utilisation de ces machines pour tuer les bactéries. Peut-on s’attendre à d’autres recherches dans ce sens à l’avenir ?

Tour : Nous avons déjà publié d’autres articles sur les bactéries dans lesquels nous avons utilisé d’autres types de molécules. Ce vers quoi nous nous dirigeons maintenant, c’est l’utilisation d’autres types de moteurs et leur orientation vers différentes longueurs d’onde de lumière qui nous permettraient d’avoir une pénétration plus profonde. Avec la lumière visible, on peut obtenir une pénétration d’environ un demi-centimètre dans la chair humaine. Avec la lumière proche de l’infrarouge, on peut obtenir une pénétration de 10 centimètres. Selon l’angle d’où l’on vient, un clinicien peut toucher à peu près n’importe quoi avec 10 centimètres.

IE : Craignez-vous une utilisation malveillante de cette technologie à l’avenir ?

Tour : Pas du tout. Il faudrait injecter le produit à quelqu’un, le maintenir à terre et maintenir une source de lumière très intense juste au-dessus de lui. Je pense qu’un couteau ou un pistolet conviendrait mieux pour cela.

IE : Nous avons parlé de tuer des cellules, mais cette technologie semble plus flexible que cela. Avez-vous envisagé d’utiliser ces machines pour d’autres types de remodelage ?

Tour : Oui, nous avons étudié des thérapies dans lesquelles nous pouvons utiliser une petite quantité de ces machines pour percer quelques trous qui deviennent des ports pour des médicaments qui, normalement, ne pourraient jamais pénétrer dans une cellule.

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Source : Interesting Engineering – Traduit par Anguille sous roche