Développement de peptides antimicrobiens contre les infections ostéoarticulaires : fusion avec le collagène et greffage sur des biomatériaux.

Les infections ostéoarticulaires représentent un défi clinique majeur, compromettant souvent la cicatrisation osseuse et le succès des implants. Jusqu’à 2 % des implants échouent en raison de contaminations bactériennes, entraînant des évolutions cliniques défavorables, un taux de mortalité moyen de 11 % et des coûts de santé élevés. Il en résulte une urgence à développer des biomatériaux capables de prévenir l’adhésion bactérienne et la formation de biofilms, tout en assurant un ciblage antimicrobien localisé. Ce besoin est accentué par le vieillissement de la population et par la menace croissante de la résistance aux antibiotiques, laquelle limite l’efficacité des traitements conventionnels et demande des alternatives telles que les peptides antimicrobiens (PAMs), de petites protéines à large spectre d’activité. Ce travail de thèse, réalisé dans le cadre du projet européen Marie Skłodowska-Curie Actions (MSCA) AIMed, visait à développer de nouveaux biomatériaux antimicrobiens intégrant des PAMs selon deux approches complémentaires : (1) la fusion recombinante pour une délivrance ciblée, et (2) la fonctionnalisation de biomatériaux pour stabiliser les peptides et assurer une action localisée. Des PAMs dérivés de la cathelicidine et des défensines humaines ont été fusionnés à des protéines bactériennes de type collagène (Bcl), conçues pour permettre une libération ciblée dans les tissus osseux ou infectés via un clivage protéolytique spécifique. Les protéines Bcl-PAM ont été produites par expression recombinante dans Escherichia coli, avec des rendements supérieurs à ceux des PAMs seuls, et ont montré des caractéristiques structurales suggérant une formation en triple hélice, potentiellement similaire aux collagènes mammifères. Une construction Bcl-PAM a été immobilisée avec succès dans un matériau à base de phosphate de calcium (CaP) par précipitation biomimétique, bien que les faibles rendements aient limité les tests antimicrobiens. Des études complémentaires ont porté sur la nisine A, un PAM bactérien, encapsulée dans des hydrogels d’alginate chargés de divers matériaux CaP. Ces hydrogels composites ont montré une activité antibactérienne contre des souches de Staphylococcus en culture planctonique et en diffusion sur agar. Un protocole innovant de minéralisation in situ de l’alginate a été développé, assurant une homogénéité à la fois dans la réticulation et dans la précipitation du CaP, tout en permettant un stockage à l’état sec. Les phases minérales ont évolué avec le temps sans compromettre l’efficacité antimicrobienne et ont montré un potentiel pour la régénération osseuse. En parallèle, du fluorure de sodium a été utilisé dans une coprécipitation biomimétique pour immobiliser la nisine, mais a conduit de manière inattendue à la formation de poudres CaP fluorées hautement antibactériennes, indépendamment de la nisine. Une faible concentration en fluor a produit de la fluorapatite, tandis que des niveaux plus élevés ont généré un mélange comprenant du CaF2. Leur activité antimicrobienne était à large spectre, dépendante de la concentration, probablement liée au contact direct avec les bactéries, et influencée non seulement par la libération de fluor mais aussi par les propriétés intrinsèques des poudres — une observation jamais rapportée auparavant. Les ostéoblastes humains ont montré une réponse biphasique : une faible fluoruration a favorisé la prolifération, tandis que des niveaux élevés ont induit une cytotoxicité, montrant la nécessité d’une optimisation des doses. Ce travail souligne la complexité du développement de biomatériaux antimicrobiens et pose une base solide pour une future traduction clinique grâce à des stratégies diverses et ambitieuses.