Elaboration et caractérisation de nanocomposites et l’étude de leur activité antibactérienne : développement d’un revêtement pour des applications anti-infectieuses

Abstract

Résumé Actuellement les taux croissants de la résistance aux agents antimicrobiens et des infections nosocomiales causent des pertes humaines et financières assez importantes. De plus, l’augmentation de l’activité humaine à conduit à une accumulation des polluants organiques et inorganiques dans l’environnement a conduit également à des répercussions négatives. Différentes approches ont été entreprises pour résoudre ces problèmes mais sans réel succès. Cette situation appelle donc à la nécessité de trouver des solutions innovantes pour remédier non seulement au problème de résistance mais également à celui de l’accumulation des polluants. C’est là qu’entre en jeu la nanotechnologie en offrant la possibilité d’utiliser les propriétés des nanoparticules et des nanocomposites à base de polymère conducteur pour remédier aux problèmes actuellement répondus. Les travaux de recherche menés se sont intéressés à la synthèse et la caractérisation de films polymères nanocomposites M-PANI/PVA avec un apport variable de nanoparticules bimétalliques de métaux de transition (M= NiCu, NiFe et FeCu). Les résultats de la caractérisation ont confirmé la synthèse de nanocomposites avec une structure poreuse et une distribution non homogène de nanoparticules sphériques, cubiques et ovale déformées. Les activités antimicrobiennes contre des souches pathogènes de références et des isolats cliniques ont démontré que le film à base de Ni65Cu35-NPs a été efficace contre E.coli ATCC25922 (23±1mm), a exprimé un effet bactéricide et un pourcentage d’inhibition de biofilm de 70,43±3,77 contre P.aeruginosa.Tandis que le film à base de Ni35Fe65-NPs a été efficace contre S.aureus ATCC6538 (31±1,73mm) avec un pourcentage d’inhibition de biofilm de 84,13±8,36%. Il a également un effet bactéricide sauf pour la souche P.aeruginosa. Un effet antifongique des films plus prononcé contre C.albicansa été observé. Ensuite, l’effet de l’ajout de l’extrait de la plante Ephedra sur les propriétés antimicrobiennes des films Ni65Cu35 /Ni35Fe65-PANI/PVA a été étudié. Une amélioration des propriétés a été observée notamment pour la matrice PANI/PVA avec une diminution des CMI et CMB. De plus, le film à base de Ni65Cu35-NPs-PE a été efficace contre K.pneumoniae (31±1mm) avec un pourcentage d’inhibition de biofilm de 69,19±8,37%. Alors que le film à base de Ni35Fe65-NPs-PE a été efficace contre S.aureus ATCC6538 (32,33±0,57mm) et K.pneumoniae avec un pourcentage d’inhibition de biofilm de 85,91±4,95%. Une amélioration de l’effet antifongique contre C.albicans a été observée. L’activité hémolytique des films Ni65Cu35 /Ni35Fe65-PANI/PVA avec et sans extrait a été étudiée. Les résultats obtenus démontrent que le film Ni35Fe65-PANI/PVA et le reste des films sont hémocompatibles pour une concentration inférieure à 1mg/mL et 0,1mg/mL respectivement. Pour finir, le film FeCu-PANI/PVA a été testé également pour déterminer ses propriétés antimicrobiennes et d’élimination du chrome hexavalent par photocatalyse. Le film à base de Fe15Cu85-NPsa présenté un effet bactéricide et a été efficace contre E.coli ATCC8739 (26,66±1,15mm), C.albicans (23,66±0,57mm) et F.oxysporum (22,33±0,58mm). Alors que le film à base de Fe50Cu50-NPs a présenté le meilleur pourcentage d’élimination du chrome (95,2%) en milieu acide (pH=4). Les résultats obtenus mettent en évidence le potentiel des films nanocomposites synthétisés comme agents antimicrobiens et d’élimination de polluants dans le domaine biomédical et environnemental respectivement. Abstract Increasing rates of antimicrobial resistance and nosocomial infections are causing significant human and financial losses. The rise in human activity resulted in the accumulation of both organic and inorganic pollutants in the environment, which led to negative repercussions. Different approaches have been undertaken to solve these important issues but without real success. Therefore, this situation calls for the need to find innovative solutions to remedy not only the problem of resistance but also the accumulation of pollutants. This is where nanotechnology comes in, offering the possibility to use the properties of nanoparticles and nanocomposites based on conductive polymer to address the problems currently being addressed. Different nanocomposites M-PANI/PVA (M: NiCu, NiFe, FeCu) were synthesized by a simple casting technique and characterized. The characterization results confirmed the successful synthesis of films with a porous structure and heterogeneous distribution of spherical, cubical, and deformed oval nanoparticles. The antimicrobial properties of these films were tested. The film with Ni65Cu35-NPs was effective against E.coli ATCC25922 (23±1mm), with bactericidal effect and biofilm inhibition percentage of 70.43±3.77 against P.aeruginosa. While the film with Ni35Fe65-NPs was more effective against S.aureus ATCC6538 (31±1.73mm) with a biofilm inhibition percentage of 84.13±8.36% and a bactericidal effect against all the tested strains except for P.aeruginosa. The films were more effective against C.albicans. The effect of the plant extract of Ephedra on the antimicrobial properties of the synthesized films was investigated. The obtained results demonstrated an improvement in the antimicrobial activity, especially for PANI/PVA with a reduction of MIC and MBC values. The film with Ni65Cu35-NPs-PE was effective against K.pneumoniae (31±1mm) with a biofilm inhibition percentage of 69.19±8.37%. On the other hand, the film with Ni35Fe65-NPs-PE was effective against S.aureus ATCC6538 (32.33±0.57mm) and K.pneumoniae with a biofilm inhibition percentage of 85.91±4.95%. An enhancement of the antifungal properties against C.albicans was also observed. The hemocompatibility of the synthesized films with and without plant extract was tested. The results demonstrated that Ni35Fe65-PANI/PVA and the other films were biocompatible for concentrations under 1mg/mL and 0.1mg/mL respectively. The antimicrobial properties and photocatalytic degradation of hexavalent chromium using FeCu-PANI/PVA nanocomposite film were investigated. The film with Fe15Cu85-NPs demonstrated bactericidal effect and was effective against E.coli ATCC8739 (26.66±1.15mm), C.albicans (23.66±0.57mm), and F.oxysporum (22.33±0.58mm). While the film with Fe50Cu50-NPs demonstrated remarkable removal efficiency of hexavalent chromium (95.2%) in acidic media (pH=4). The obtained results highlight the potential use of the synthesized nanocomposites in the biomedical and environmental fields as novel antimicrobial agents and for the remediation of contaminated environments. ملخص تتسبب المعدلات المتزايدة لمقاومة مضادات الميكروبات والالتهابات النوزوكومية في خسائر بشرية ومالية كبيرة. أدى كذلك ارتفاع النشاط البشري الى تراكم الملوثات العضوية والغير عضوية في البيئة مما أدى الى تداعيات سلبية. وقد اتبعت نهوج مختلفة لحل هذه التداعيات ولكن دون نجاح حقيقي. لذلك فان هذه الحالة تستدعي ضرورة إيجاد حلول مبتكرة لا لمعالجة مشكلة المقاومة فحسب بل أيضا تراكم الملوثات. في هذا السياق تاتي التيكنولوجيا النانونية والتي توفر إمكانية استخدام خصائص الجسيمات النانونية والمركبات النانونية المتكونة من هذه الأخيرة والبوليمر الموصل لحل هذه المشكلات. بواسطة تقنية بسيطة تم تصنيع وتوصيف مركبات نانونية متكونة من مزيج من الجسيمات النانونية من المعادن الانتقالية (نحاس نيكل والحديد). أكدت النتائج نجاح تصنيع مركبات نانوية ذات بنية مسامية وتوزيع غير متجانس لجسيمات نانوية كروية ومكعبة وبيضاوية مشوهة. تم اختبار الخصائص المضادة للميكروبات لهذه المركبات النانوية. كان المركب النانوي المتكون من نسبة كبيرة من النيكل فعالا ضد الإشريكية القولونية (23 ± 1 مم)، مع تأثير مضاد للبكتيريا وتثبيط لبيوفيلم الزائفة الزنجارية (70.43±3.44). في حين المركب المتكون من نسبة كبيرة من الحديد كان لديه تأثير مضاد للبكتيريا الا على الزائفة الزنجارية وابدى فعالية ضد بكتيريا العنقودية الذهبية (31 ± 1.73 مم)، مع تثبيط للبيوفيلم لها (84.13±8.36). كانت المركبات النانونية لديها تأثير مضاد للفطريات وبالأخص ضد كانديدا البكانز. تم التحقيق في تاثير إضافة مستخلص نبات الايفدرا على الخصائص المضادة الميكروبية للمركبات. أظهرت النتائج المتحصل عليها تحسن في النشاط المضاد للميكروبات خاصة للبوليمر الموصل من خلال تدني التركيز اللازم لتثبيط وقتل البكتيريا. ابدى المركب النانوي المتكون من نسبة كبيرة من النيكل تاثيرا ضد الكلبسيلا الرئوية (31 ± 1 مم)، مع تثبيط للبيوفيلم لها (69.19±8.37). في حين المركب المتكون من نسبة كبيرة من الحديد كان لديه تأثير فعال على بكتيريا العنقودية الذهبية (32.33 ± 0.57 مم)،مع تثبيط لبيوفيلم الكلبسيلا الرئوة (85.91±4.45). تم أيضا ملاحظة تحسن التأثير المضاد للفطريات وبالأخص ضد كانديدا البكانز. من جهة أخرى تمت دراسة التوافق الحيوي للمركبات النانونية مع وبدون المستخلص النباتي. اثبتت النتائج ان المركب المتكون من نسبة كبيرة من الحديد وباقي المركبات متوافقة حيويا لتركيزات اقل من 1و 0.1 مغ/ مل. أخيرا تمت دراسة الخصائص المضادة للميكروبات وقدرة تحليل الكروم السداسي بالتحفيز الضوئي باستعمال المركب النانوني المتكون من تركيزات مختلفة من الجسيمات النانونية من النحاس والحديد. أظهرت النتائج ان للمركب تأثير مضاد للميكروبات و فعال ضد الإشريكية القولونية (26.66 ± 1.15 مم)، كانديدا البكانز(23.66 ± 0.57 مم)، وفوزاريوم اوكسيسبروم (22.33 ± 0.58 مم). في حين تمكن المركب المتكون من نفس كمية التركيز من الجسيمات النانونية للنحاس والحديد من تحصيل اعلى نسبة لتحليل الكروم (95.2 بالمئة) في محيط حامضي. النتائج المتحصلة عليها تشير لامكانية استعمال المركبات النانونية كمضادات للميكروبات و لتحليل الملوثات في مجال الصحة و البيئة.