Un tissu antimicrobien utilisant l’encapsulation nano-végétale d’huiles essentielles

Summary

Les sarraus de laboratoire antimicrobiens préviennent la contamination croisée de l’accumulation d’agents pathogènes et des biodéversements accidentels. Ici, nous décrivons le protocole de développement d’un tissu antimicrobien respectueux de la peau en utilisant l’encapsulation nano-végétale et des tests standard modifiés pour évaluer avec précision l’efficacité et l’adéquation à une utilisation typique de la blouse de laboratoire.

Abstract

Les blouses de laboratoire sont largement utilisées dans les laboratoires à risques biologiques et les établissements de soins de santé comme vêtements de protection pour prévenir l’exposition directe aux agents pathogènes, les déversements et les brûlures. Ces manteaux protecteurs à base de coton offrent des conditions idéales pour la croissance microbienne et les sites de fixation en raison de leur nature poreuse, de leur capacité de rétention de l’humidité et de la rétention de la chaleur du corps de l’utilisateur. Plusieurs études ont démontré la survie de bactéries pathogènes sur les vêtements d’hôpital et les sarraus de laboratoire, agissant comme vecteurs de transmission microbienne.

Une approche courante pour résoudre ces problèmes est l’application d’agents antimicrobiens dans la finition des textiles, mais des préoccupations ont été soulevées en raison de la toxicité et des effets environnementaux de nombreux produits chimiques synthétiques. La pandémie actuelle a également ouvert une fenêtre pour la recherche d’antimicrobiens efficaces et de formulations écologiques et sans toxicité. Cette étude utilise deux composés bioactifs naturels, le carvacrol et le thymol, encapsulés dans des nanoparticules de chitosane, qui garantissent une protection efficace contre quatre agents pathogènes humains avec une réduction allant jusqu’à 4 log (99,99%). Ces agents pathogènes sont fréquemment détectés dans les blouses de laboratoire utilisées dans les laboratoires présentant des risques biologiques.

Les tissus traités ont également résisté jusqu’à 10 cycles de lavage avec une réduction microbienne de 90%, ce qui est suffisant pour l’utilisation prévue. Nous avons apporté des modifications aux tests de tissus standard existants afin de mieux représenter les scénarios typiques d’utilisation de la blouse de laboratoire. Ces améliorations permettent une évaluation plus précise de l’efficacité des sarraus de laboratoire antimicrobiens et la simulation du devenir de tout déversement microbien accidentel qui doit être neutralisé dans un court laps de temps. D’autres études sont recommandées pour étudier l’accumulation d’agents pathogènes au fil du temps sur les sarraus de laboratoire antimicrobiens par rapport aux blouses protectrices ordinaires.

Introduction

La blouse blanche de protection est un équipement de protection individuelle (EPI) obligatoire dans les laboratoires de microbiologie et les établissements de santé, et elle protège contre l’exposition directe aux agents pathogènes, aux déversements et aux brûlures. Ces manteaux de coton favorisent la croissance microbienne en raison de nombreux facteurs – le tissu tissé fournit des sites de fixation et d’aération, le coton et l’amidon utilisés dans le processus de fabrication ainsi que les cellules épithéliales exfoliées de l’utilisateur fournissent des nutriments, et la proximité de l’utilisateur donne chaleur et humidité. L’accumulation de microbes sur les textiles peut également causer des problèmes de santé tels que des allergies et des infections nosocomiales, des odeurs désagréables et la détérioration des tissus¹.

Contrairement aux vêtements ordinaires, les manteaux de protection sont rarement lavés ou désinfectés, comme on le constate dans de nombreuses enquêtes ^2,3. De nombreuses études montrent que les blouses de laboratoire agissent comme vecteur de transmission microbienne et le risque d’infections nosocomiales en milieu de soins^2,4, en particulier les souches résistantes³ telles que Staphylococcus aureus résistant à la méthicilline (SARM); ainsi, ils soulèvent des préoccupations pour la santé de l’EPI, qui est destiné à protéger contre la contamination microbienne. Il n’y a pas assez d’études transversales sur les infections associées à la blouse de laboratoire dans le contexte des installations de niveau de biosécurité 2 (BSL-2) ou des laboratoires d’enseignement en microbiologie, mais de nombreux organismes de réglementation restreignent l’utilisation des sarraus de laboratoire dans le niveau de confinement. Cependant, de nombreux établissements universitaires en Amérique du Nord ont du mal à répondre aux exigences en raison de contraintes pratiques, telles que le lavage et le stockage à l’intérieur de l’installation, les incidents de port de sarraus de laboratoire dans les espaces publics tels que les cafétérias et les bibliothèques sont courants. Une solution pratique à ces problèmes est l’application d’agents antimicrobiens dans la finition textile.

Les tissus antimicrobiens gagnent en popularité dans les vêtements de sport, les vêtements de sport et les chaussettes, principalement destinés à réduire les odeurs corporelles. Cependant, l’utilisation de ces tissus n’est pas courante dans le développement des EPI, à l’exception de certains masques en coton enduits d’argent et vêtements de soins de santé⁵. Nous signalons le développement d’un tissu antimicrobien pour les blouses de laboratoire, qui inhibe les agents pathogènes courants trouvés dans les laboratoires BSL-2 et rend la protection efficace contre la contamination croisée des agents pathogènes courants.

Actuellement, une variété de tissus et de finitions antimicrobiens sont disponibles sur le marché, mais la plupart d’entre eux utilisent des particules colloïdales de métaux lourds (par exemple, argent, cuivre, zinc), des composés organométalliques ou des produits chimiques synthétiques tels que le triclosan et les composés d’ammonium quaternaire, qui ne sont pas respectueux de l’environnement¹ et peuvent entraîner des problèmes de santé tels que des irritations cutanées et des allergies⁶. Certaines formulations synthétiques posent des problèmes en raison de microbes non ciblés, tels que la flore normale ou l’induction de la résistance aux antimicrobiens (RAM). La Food and Drug Administration (FDA) des États-Unis réglemente les tissus antimicrobiens commerciaux, qui doivent être non toxiques pour l’utilisateur et exempts d’écotoxicité. Par conséquent, les tissus antimicrobiens à base de biocides naturels qui inhibent un large spectre de microbes sont préférables. Les huiles essentielles (OE) sont largement utilisées comme agents antimicrobiens et thérapeutiques, mais leur utilisation dans la finition antimicrobienne est limitée en raison de leur durabilité ^6,7,8. D’après nos connaissances et nos études de marché sur la finition nano-herboriale⁸, aucun tissu antimicrobien à base de plantes n’est disponible dans le commerce. En effet, les revêtements synthétiques sont faciles à fabriquer et ont une longue durabilité. Quelques textiles nano-enduits de plantes signalés uniquement à des fins de recherche comprennent le neem⁷, le moringa 9 et les feuilles^de curry⁹.

La présente étude utilise deux composants bioactifs extraits des OE de l’origan, le carvacrol et le thymol, qui sont efficaces contre un large éventail d’agents pathogènes bactériens et de virus, mais qui sont généralement reconnus comme sûrs pour les humains¹⁰. Cependant, ces composants bioactifs sont volatils et, par conséquent, leur potentiel antimicrobien est de courte durée s’ils sont appliqués directement sur le tissu. L’encapsulation nano-végétale est un processus dans lequel des composants bioactifs ou des médicaments sont chargés à l’intérieur d’une coque polymère qui protège le noyau de la dégradation de l’environnement et améliore ainsi la durée de conservation. De plus, la petite taille des particules polymères, qui vont généralement de 10 nm à 100 nm, améliore l’efficacité de l’application et ralentit la libération des composés bioactifs sur le tissu. Ces composés bioactifs sont utilisés à diverses fins, telles que la conservation des aliments¹⁰, mais pas pour le revêtement textile.

Parmi de nombreux encapsulants polymères, le chitosane est un candidat attrayant en raison de bon nombre de ses attributs, tels que la non-toxicité, la biodégradabilité, la mucoadhésivité et la biocompatibilité¹¹. C’est un polysaccharide naturel, obtenu par le processus de désacétylation de la chitine, qui se trouve dans les coquillages et les parois cellulaires fongiques. Il est utilisé dans des applications biochimiques et de conservation des aliments telles que l’administration de médicaments ou de protéines 11,12,13^, la libération contrôlée 14 et les films antimicrobiens ¹⁰. Le chitosane n’est pas facilement soluble dans l’eau mais forme une suspension colloïdale dans les milieux acides. Les molécules bioactives sont chargées dans les nanoparticules de chitosane (NP) par une méthode simple de gélification ionique en deux étapes^14,15,16. Dans ce processus, les composés bioactifs hydrophobes tels que le carvacrol et le thymol forment une émulsion huile dans eau, qui est aidée par un tensioactif, Tween 80. Par la suite, un composé polyanionique, le tripolyphosphate pentasodique (TPP), est utilisé pour former les liaisons croisées entre les groupes aminés le long des molécules polymères polycationiques et des groupes phosphate des molécules TPP afin de stabiliser le complexe. Ce processus de complexation solidifie les composés bioactifs dans la matrice de chitosane, qui est ensuite purifiée et enduite sur des échantillons de coton pour produire un tissu antimicrobien.

Les nanoformulations doivent d’abord être testées pour l’efficacité antimicrobienne sous forme d’émulsion avant d’être appliquées sur le tissu. Cela peut être facilement évalué par une méthode qualitative, telle que la diffusion sur disque de Kirby-Bauer, la diffusion de puits et le test de la plaque cylindrique. Cependant, le dosage sur plaque cylindrique¹⁷ offre la flexibilité nécessaire pour charger des volumes variables de la formulation et comparer la zone de dégagement. Dans cette méthode, les formulations antimicrobiennes sont chargées dans des cylindres en acier inoxydable et placées sur une couche de gélose molle, qui est inoculée avec le micro-organisme ou l’agent pathogène testé. Le diamètre de la zone de clairance produite par rapport à l’organisme d’essai est proportionnel au potentiel inhibiteur de la formulation antimicrobienne et peut donc être utilisé comme alternative aux méthodes de dilution du bouillon. Toutefois, la taille des zones claires n’est qu’une mesure comparative ou qualitative à l’intérieur d’une plaque spécifique, à moins que des normes spécifiques ne soient maintenues. Les agents antimicrobiens agissent contre les agents pathogènes soit en inhibant leur croissance (biostatique), soit en tuant les cellules (biocide), ce qui peut être quantifié par la concentration minimale inhibitrice (CMI) et la concentration bactéricide minimale (MBC), respectivement. Cependant, l’efficacité et le comportement des produits chimiques bioactifs sont différents dans leurs formulations (état liquide) et lorsqu’ils sont enduits sur un substrat tel qu’un tissu¹⁸. En effet, de multiples facteurs jouent un rôle dans l’efficacité, tels que la stabilité de l’adhérence des agents antimicrobiens au tissu, la teneur en humidité, le type de substrat et l’adhérence des microbes. Si l’objectif visé est uniquement l’activité bactériostatique, un essai qualitatif tel que la « méthode des traînées parallèles »¹⁹ peut fournir une évaluation relativement rapide et facile de la formulation antimicrobienne diffusible. Toutefois, si les effets bactéricides doivent être déterminés, on peut utiliser « Évaluation des finitions antibactériennes sur les matériaux textiles »²⁰ , ce qui permet de réduire logarithmiquement l’agent pathogène enrichi.

Protocol

1. Préparation des nanoparticules Encapsulation nano-végétalePréparer 50 mL d’acide acétique à 1 % (v/v).ATTENTION: L’acide acétique glacial est un irritant, qui peut causer de graves brûlures cutanées et des lésions oculaires. Portez une blouse de laboratoire pleine longueur, des gants en nitrile et des lunettes de protection, et travaillez sous une hotte. Préparer la solution de chitosane (1,2 % p/v) en dissolvant 0,6 g de flocons de chitosane (poids mol?…

Representative Results

Sélection initiale des IP synthétiséesAprès la technique d’émulsion huile-dans-eau en deux étapes16, les composés bioactifs (carvacrol et thymol) ont été encapsulés avec succès dans du chitosane. Cela a été confirmé par spectrophotométrie UV-Vis pour le pic d’absorption des composés bioactifs respectifs par rapport aux témoins, qui étaient les NP de chitosane sans composés bioactifs. Les NP constitués étaient homogènes et stables sur 12 mois à 4 °C….

Discussion

L’efficacité antimicrobienne des biocides est classiquement testée par des tests quantitatifs, tels que la concentration minimale inhibitrice (CMI) et la concentration bactéricide minimale (MBC), dans lesquels les bactéries sont immergées dans un liquide antimicrobien pendant 24 heures. Cependant, ces dosages ne conviennent pas aux tissus enduits, où l’interface liquide fait défaut et où les biocides sont diffusés lentement le long des fibres du tissu. Par conséquent, de nombreux tests de tissus standard on…

Materials

Acetic acid	Millipore Sigma	64-19-7
Antibiotic base agar	BD Difco	DF0270-17-4	Also known as Antibiotic Medium 2
Antibiotic seed agar	BD Difco	DF0263-17-3	Also known as Antibiotic Medium 1
Blood Agar (Nutrient Agar with 5% Sheep Blood)	Donated by CFIA
Bromcresol Purple Lactose Agar	Donated by CFIA
Candida albicans	ATCC The Global Bioresource Center	ATTC 10231
Carvacrol	Millipore Sigma	282197 (CAS# 499-75-2)
Centrifuge  Allergra X-22R Centrifuge	Beckman Coulter	Model # X-22R	Refrigerated. Wait at least 20 min or until the temperature reach the set low value (e.g., 4 °C) as the refrigeration takes time.
Chitosan Medium Molecular Weight (CS)	Millipore Sigma	448877 (CAS # 9012-76-4)
Clamshell Heat Press	Intiva	IM1200
Escherichia coli (E. coli)	ATCC The Global Bioresource Center	ATTC 23725
Incubator	Thermo Scientific	1205M34
Letheen Broth	BD Difco	DF0681-17-7	Used to neutralize antimicrobial effects. Product from different manufacturers may require to add Polysorbate 80, which is already added in Difco product.
Milli Q water	Millipore Sigma	ZR0Q16WW	Deionized water
Mueller-Hinton Agar	BD Difco	DF0252-17-6
Pentasodium tripolyphosphate (TPP)	Millipore Sigma	238503 (CAS# 7758-29-4)
Phospahte Buffered Saline (PBS)	Thermo Scientific	AM9624
Pseudomonas aeruginosa	ATCC The Global Bioresource Center	ATTC 9027
Sabouraud Dextrose Agar	BD Difco	DF0109-17-1
Shaking incubator/ Thermo shaker	VWR	Model# SHKA2000
Staphylococcus aureus	ATCC The Global Bioresource Center	ATTC 6538
Thymol	Millipore Sigma	T0501 (CAS# 89-83-8)
Trypticase Soy Agar	BD Difco	236950
Trypticase Soy Broth	BD Difco	215235
Tween 80	Millipore Sigma	STS0204 (CAS # 9005-65-6)
UV-Vis Spectrophometer	Thermo Scientific	GENESYS 30 (840-277000)