Lutter contre les bactéries grâce à la fabrication par laser femtoseconde de surfaces nanostructurées à fort aspect ratio – BLAST

La résistance aux antibiotiques est l'une des préoccupations majeures de la santé publique, et pourrait entraîner plus de 10 millions de décès au cours des 20 prochaines années. Des méthodes non pharmacologiques sont nécessaires pour réduire le risque de colonisation bactérienne sur les surfaces associées aux pratiques médicales. Le projet BLAST se concentre sur le développement de surfaces antibactériennes, en particulier pour les implants en titane, afin de prévenir les infections tout en garantissant la biocompatibilité et l'intégration réussie des tissus.
Récemment, des surfaces antibactériennes contenant des « nanopics » capables d’avoir une action bactéricide ont été découvertes dans la nature, notamment sur les ailes des insectes. Le laser ultrabref est une méthode bien établie pour générer des nanostructures sur des surfaces métalliques. L'interaction laser/matière entraîne la formation d'une grande variété de nanostructures, dont leurs formes et distributions dépendent des paramètres laser. Le laboratoire Hubert Curien a récemment démontré qu’il était possible d’obtenir une "forêt de nano-pics" au rapport d'aspect très élevé (100 nm de haut pour 20 nm de large) sur une surface métallique. La méthode utilisée s’inscrit dans un domaine scientifique encore inexploré, où le couplage de la lumière et les effets hydrodynamiques agissent de manière cohérente et synergique à l’échelle nanométrique, permettant de créer des métastructures biomimétiques auto-organisées. La clarification du lien entre l'obtention des nanostructures souhaitées et les processus précis d'ingénierie du faisceau laser demeure un défi majeur.
Fort de ces résultats prometteurs, le projet BLAST vise à générer une gamme diversifiée de nanomotifs reproductibles, présentant des caractéristiques entièrement contrôlables (morphologie, densité, périodicité, rapport d'aspect) sur alliage de titane. Grâce au développement d’analyses avancées des surfaces, l'influence des caractéristiques topographiques biologiquement pertinentes est étudiée. Elle fournit des connaissances précises sur l'efficacité des nanomotifs contre différentes bactéries (bactéries résistantes aux antibiotiques, bactéries hautement virulentes, GRAM+ ou GRAM-) et sur leurs performances en matière de bio-intégration dans les tissus biologiques. Une originalité du projet BLAST réside dans le fait que nous évaluons différents nanomotifs pour leurs potentielles applications médicales. Concernant les implants, nous proposons diverses applications basées sur la double nature de la surface : une surface présentant d'excellentes propriétés antibactériennes mais aussi une bonne biocompatibilité et une activité biologique renforcée sera adaptée à l'utilisation d'implants permanents (comme les implants orthopédiques ou dentaires), alors qu'une surface démontrant une bonne biocompatibilité mais limitant l'adhésion cellulaire sera recommandée pour les vis et les plaques (fixations orthopédiques provisoires en cas de fractures).
In fine, le projet BLAST vise à contribuer au développement de solutions innovantes pour lutter contre la résistance aux antibiotiques et améliorer les performances des implants grâce à la nano-ingénierie de surfaces biomimétiques par laser ultrabref. Dans les cas où la topographie de surface présente uniquement des propriétés antibactériennes, le projet explore des applications supplémentaires afin de maximiser son impact, notamment pour des surfaces destinées à un usage quotidien.
Le projet BLAST repose sur l'expertise complémentaire de trois laboratoires : le Laboratoire Hubert Curien, spécialisé dans la structuration par laser femtoseconde; le laboratoire LTDS, dédié à la caractérisation des surfaces et à l’étude des interactions cellules/surfaces et le laboratoire SAINBIOSE, qui se concentre sur l’évaluation des performances antibactériennes et la bio-intégration. D’une durée de 48 mois, le projet mobilisera un doctorant, 2 post-doctorants ainsi que 2 étudiants de Master