Prévention de l'adhésion bactérienne et du développement du biofilm sur les dispositifs médicaux de la perfusion via les surfaces nanostructurées.

• Main Author: Desrousseaux, Camille
• Other Authors: Clermont-Ferrand 1
• Language: fr
• Published: 2015
• Subjects: Bactérie; Nanostructure; Interaction surface; Dispositifs médicaux de la perfusion; Biofilm; Nanopores d’alumine; Polymère; Cellular interactions; Surface; Perfusion medical devices; Aluminum anodized oxide; Polymer; 610
• Online Access: http://www.theses.fr/2015CLF1PP03

Les infections nosocomiales liées aux dispositifs médicaux, et plus particulièrement ceux de la perfusion, sont un problème majeur dans le milieu hospitalier. Ces infections sont liées à la présence de biofilm. Pour lutter contre le biofilm, les mesures préventives en hygiène ne sont pas suffisantes. Les recherches se dirigent vers la modification des surfaces des matériaux des dispositifs médicaux: ajout de substances biocides, développement de surfaces antiadhésives par voie chimique ou topographique. L’objectif de cette thèse est de créer des polymères nanostructurés pouvant entrer dans la composition de dispositifs médicaux de la perfusion et de tester leur impact sur l’adhésion bactérienne et le développement du biofilm. Dans un premier temps, la technique de nanostructuration choisie repose sur la réplication d’un moule nanostructuré en alumine nanoporeuse qui se caractérise par des nanopores auto-organisés en nid d’abeille. Après avoir mis en place une station d’anodisation permettant la nanostructuration de ce moule, la reproductibilité du procédé de fabrication a été validée (diamètre des pores : 51 ± 6 nm, profondeur: 97 ± 9 nm, espace interpores: 102 ± 6 nm). Ensuite, les travaux de réplication ont été effectués avec le polymère ABS (acrylonitrile-butadiène-styrène). Plusieurs méthodes de réplication ont été testées à partir de dépôt de solutions de polymères ou de fonte du matériau sur le moule d’alumine. La méthode sélectionnée sur des critères de reproductibilité et de facilité de transposition industrielle donne des nanostructures de type nanopicots (diamètres des picots : 56 ± 7 nm, distances interpicots : 101 ± 16 nm, longueurs : 73 ± 33 nm). Les surfaces développées sont ensuite caractérisées (MEB, DSC analyse calorimétrique différentielle, spectrométrie Infra Rouge, angle de contact). La fabrication des nanostructures ne semble pas dégrader le matériau ABS et la modification topographique rend la surface plus hydrophile. Une étude de stabilité montre que les nanostructures résistent à plusieurs modes de stérilisation (oxyde d’éthylène, plasma H2O2 et rayon Beta) et sont conservés dans le temps, ce qui les rend applicables à la surface d’un dispositif médical. La seconde étape du travail consiste à évaluer l’adhésion bactérienne sur les surfaces témoins et nanostructurées. Différents tests de culture de biofilm ont été réalisés avec S. epidermidis en conditions statique ou dynamique. Après un temps de 3 à 48h, les bactéries sont décrochées de la surface puis dénombrées sur gélose. Il n’y a pas de différence significative d’adhésion bactérienne entre les deux types de surface. L’observation en microscopie électronique à balayage et confocale à 24h semble confirmer ce résultat. Des tests réalisés avec d’autres souches bactériennes (S. aureus, K. pneumoniae, P. aeruginosa) en condition statique montrent également que l’adhésion est également identique sur les deux surfaces. Par conséquent, nous pouvons conclure que nos surfaces ABS développées avec ces nanopicots spécifiques n’ont pas un effet anti-adhésion sur les bactéries testées. Des recherches récentes mettent en évidence que l’espacement entre les nanopciots est un facteur critique sur l’adhésion bactérienne. L’étape suivante de notre travail consiste à tester de nouvelles nanostructures réalisées avec un moule AAO ayant une distance interpore plus grande. === Medical device-related infections are a public health concern and an economic burden. The role of biofilms in medical device-related infections is clearly established. Preventive hygiene measures are not often sufficient to prevent biofilms formation. One promising way of preventing device-related infections is the development of medical devices with surfaces or materials that reduce either microbial viability using biocidal substances or microbial adhesion with topographical modifications.Developing nanostructured polymeric surfaces, which could have applications in medical devices, and testing their impact on bacterial adhesion and biofilm development were the main goals of this thesis. First of all, the polymer was replicated on an aluminum anodized oxide nanostructured mold (AAO), characterized by highly ordered nanopores. An anodization station was made in order to create molds. Then, the reproducibility of the process fabrication was validated (pore diameter: 51 ± 6 nm, deepness 97 ± 9 nm, interpore espace: 102 ± 6 nm). Several replication techniques with ABS were tested including polymers solutions and melted polymers. The selected method was the one with the most reproducible results pillar diameter: 56 ± 7 nm, interpillar distance: 101 ± 16 nm, length: 73 ± 33 nm) and the most representative of industrial injection processes. The created surfaces were then characterized (MEB, DSC, ATR-FTIR, wettability). The fabrication process does not seem to degrade the ABS material and the topographical change increases the hydrophilicity of the surface. A stability study showed that the nanopillars were resistant to several sterilization processes (ethylene oxide, H2O2 plasma, Beta irradiation) and were maintained through time, which is an important element for applications in medical-devices.The second step of our work consisted of assessing bacterial adhesion on control and nanostructured ABS samples. Several biofilm tests were made with S. epidermis in static and dynamic conditions. Between 3 and 48 hours of culture, bacteria were removed from the surfaces and then viable plate counting was performed. No significant differences were observed between the samples. Microscopic observations (MEB, CSLM) seemed to confirm this result. Other bacteria with different morphologies were tested (S. aureus, K. pneumoniae, P. aeruginosa): bacterial adhesion was similar for the two surfaces. Therefore, we can conclude that our developed ABS surfaces with these specific nanopillars do not have an anti-adhesion effect on the tested bacteria. Recent researches showed that spacing between nanopillars is a critical factor on bacterial adhesion. The following step of our work would be to test new nanostructures using AAO molds with bigger interpore distance.