Conclusions et perspectives
Conclusion et perspectives
153 Ce travail de thèse s’inscrit dans le cadre de la lutte antibiofilm en milieu marin. Les nouvelles exigences environnementales et l’engouement pour les travaux de « chimie verte » conduisent à interdir les peintures à base d’étain ou le traitement avec un système d’électrochloration, utilisés jusqu’alors. Il est impératif aujourd’hui de trouver des méthodes alternatives de lutte contre le développement de biofilms, en particulier sur des surfaces métalliques immergées en milieu marin.
Les matériaux réels utilisés dans les bâtiments de la Marine sont des alliages constitués majoritairement de titane pour les circuits et les échangeurs de chaleur (TiA6V4 – titane, 6% d’aluminium et 4% de vanadium) et de cuivre notamment pour le revêtement des hélices (cupronickel à 90% ou 70% de cuivre et alliage de cuivre avec 9% d’aluminium, 5% de nickel et 4% de fer). Afin de simplifier, et ainsi mieux comprendre, la réactivité de ces systèmes, nous avons essentiellement travaillé sur des surfaces de titane pur et de cuivre pur.
L’objectif des recherches développées dans ce travail était donc la fonctionnalisation des surfaces métalliques par des molécules capables de diminuer l’adhésion de toute molécule biologique, et même de détruire les microorganismes venant au contact de la surface. Pour cela, différentes stratégies ont été employées dépendant de la nature de la surface métallique de travail et de l’activité finale souhaitée (antiadhésif, antibactérien ou les deux).
Sur les surfaces de cuivre, nous avons exploré deux voies de fonctionnalisations : (i) l’adsorption d’espaceurs, un thiol acide, le MUA, ou une molécule possédant des propriétés antiadhésives, le HS-PEG-COOH. sur lesquels, ont été ensuite de greffer de façon covalente une molécule anti-biofilm ; (ii) la structuration de la surface par une couche de polymères photosensibles, des dérivés de PMMA enrichis en dopant et /ou en MA-PEG. L’enrichissement en dopant augmenta la sensibilité du PMMA à l’irradiation UV. L’incorporation de motifs MA-PEG permit d’ajouter un caractère antiadhésif au copolymère. La formation de la première couche organique sur les surfaces de cuivre, via l’une de ces voies, a été établie en utilisant plusieurs techniques complémentaires de caractérisation, le PM-IRRAS, l’XPS et l’AFM. Dans le cas de l’utilisation des copolymères à base de PMMA, il a été démontré que ces couches étaient sensibles aux irradiations UV et qu’il était possible de les structurer en les irradiant à travers une grille métallique.
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Nous avons ensuite greffé un peptide, la Magainine I, et une enzyme, le lysozyme HEWL, sur ces couches organiques, et vérifié par PM-IRRAS et XPS que ces accroches sont covalentes.
La fonctionnalisation par les copolymères PMMA-PEG photosensibles permet de limiter l’adhésion des protéines et des bactéries ! Cette méthode est donc une voie intéressante dans l’inhibition des premières étapes de formation d’un biofilm. En revanche, il n’a pas été possible de démontrer de façon significative le rôle antibactérien de la Magainine et de HEWL greffés, en raison de l’activité bactéricide intrinsèque du cuivre.
Sur les surfaces de titane, nous avons testé le greffage de deux « espaceurs » : un amino-silane, l’APTES, et un PEG diamine qui en plus de ses propriétés de réticulation possède une activité antiadhésive. L’APTES a conduit à la formation de multicouches homogènes et stables. Le greffage du PEG diamine a été réalisé après hydroxylation et greffage d’une première couche de catéchol sur la surface de titane. La Magainine I et le lysozyme HEWL ont été greffés de manière covalente avec succès sur ces surfaces PEGylées.
La présence de PEG, avant ou après greffage de la Magainine I, permet de diminuer fortement l’adsorption des protéines et l’adhésion des bactéries : jusqu’à 80% de bactéries adhérées en moins ! De plus, les bactéries adhérées aux surfaces de titane modifiées par la Magainine I ou l’enzyme, subissent une altération que nous avons observée par AFM. Enfin, le dénombrement de colonies, après mises en contact avec les surfaces fonctionnalisées, a permis de vérifier la conservation de l’effet antibactérien du peptide et de l’enzyme même après greffage sur les surfaces de titane.
Ce travail a permis de mettre en place un protocole de fonctionnalisation efficace pour chacune des surfaces métalliques étudiées : le greffage de copolymères PMMA-PEG photosensibles pour les surfaces de cuivre et l’accroche du catéchol et du PEG diamine sur les surfaces de titane. Ces fonctionnalisations mènent à la création de surfaces permettant de ralentir ou d’inhiber chacune des étapes de la formation d’un biofilm. Il y a environ 80% d’adhésion de bactéries en moins les surfaces de cuivre fonctionnalisées par PMMADPT+PEG4000 à 10% et entre 90% et 95% d’inhibition de croissance sur les surfaces de titane fonctionnalisées par la voie du PEG diamine avec la Magainine et/ou le lysozyme HEWL.
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155 Ceci ouvre la voie à de nouvelles perspectives. En premier lieu, il sera intéressant de tester les surfaces de cuivre et de titane fonctionnalisées en conditions réelles : temps d’immersion plus long, écart de température, flux de bactéries et utilisations de bactéries marines… Nous pensons que les greffages covalents confèrent une bonne résistance aux traitements de surfaces effectués.
Il est ensuite nécessaire de contrôler que les séquences de monomères, Cat-PEG-Mag ou Cat-PEG-Téré-HEWL, peuvent être incorporées dans les peintures destinées à recouvrir les alliages à base de titane. Cette incorporation ne doit modifier ni les propriétés de la peinture ni l’activité du peptide ou de l’enzyme.
Les surfaces de cuivre fonctionnalisées avec les copolymères PMMA-PEG, doivent aussi être testées vis-à-vis de la croissance bactérienne. Il est aussi recommandé de faire des essais avec les cupronickels (90/10 ou 70/30) utilisés par la Marine afin d’étudier la transposition du protocole sur cuivre pur aux matériaux réels. Des tests, ou expériences de « validations » de nos stratégies ont été réalisés plus tardivement sur des alliages de cupronickel ; ils n’ont pas été détaillés dans ce manuscrit.
Enfin, ces travaux ont portés sur l’étude d’un peptide et d’une enzyme modèle, un enjeu restant consiste à appliquer ces protocoles au co-greffage d’enzymes et/ou d’autres agents anti-bactériens spécifiques au milieu marin.
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Annexes