Tuer les germes avec des faisceaux d'électrons

Les aiguilles médicales, les seringues jetables et les tubes de dialyse, mais aussi les emballages pharmaceutiques doivent être exempts de germes. La stérilisation par faisceau d'électrons est une méthode éprouvée pour tuer les bactéries, les virus, les champignons, les spores et autres. Cela se fait par des électrons accélérés de haute énergie qui pénètrent dans le matériau. Les chercheurs du Fraunhofer Institute for Organic Electronics, Electron Beam and Plasma Technology FEP à Dresde utilisent avec succès cette méthode, par exemple pour débarrasser les semences des parasites. En quelques millisecondes, l'ADN des parasites est détruit, ce qui empêche leur capacité de se reproduire (voir le lien ci-dessous). Les scientifiques transfèrent maintenant leur expertise vers de nouveaux domaines d'application : ils étudient les possibilités de la technologie des faisceaux d'électrons non thermiques pour stériliser et modifier les tissus biologiques. Cela ouvre de nouvelles possibilités de traitement dans le domaine médical.

Avantage : le tissu ne chauffe pas

"Nous traitons les échantillons de tissus sous pression atmosphérique et à des températures inférieures à 40 degrés Celsius avec des électrons qui sont seulement accélérés juste assez pour pénétrer dans le matériau. C'est ce qu'on appelle le traitement par faisceau d'électrons à basse énergie", explique le Dr Jessy Schönfelder, chef du groupe des applications médicales de la FEP. Les avantages de cette méthode, qui est douce pour le matériau, sont que le tissu ne se réchauffe pas, les cellules restent intactes - la profondeur d'action peut être ajustée et ainsi seule la couche superficielle extérieure peut être stérilisée. Avec REAMODE (Reactive Modification with Electrons), les scientifiques du FEP utilisent une installation de recherche qui peut être adaptée à une grande variété d'applications de la technologie des faisceaux d'électrons à basse énergie. Des paramètres tels que la profondeur et l'intensité de la pénétration peuvent être déterminés de manière spécifique.

Réticulation des tissus avec des électrons accélérés

En utilisant des électrons accélérés, les chercheurs peuvent également influencer spécifiquement les propriétés des matériaux et provoquer des changements dans les tissus. Pour leurs expériences, ils ont choisi le péricarde de porc comme modèle biologique. Les médecins utilisent ce tissu comme remplacement biologique de la valve cardiaque. Cependant, les implants durent au maximum 15 ans. La raison : le glutaraldéhyde chimique utilisé pour la nécessaire réticulation des tissus provoque également à moyen terme la calcification des implants biologiques. "Les électrons accélérés sont une alternative intéressante ici, en raison de leur propriété de diviser les liaisons chimiques et de permettre la réticulation", explique M. Schönfelder. Dans leurs expériences, la chercheuse et son équipe ont pu démontrer la réticulation des molécules de collagène, c'est-à-dire des chaînes de protéines.

Pour prouver la compatibilité cellulaire de la stérilisation par faisceau d'électrons, les chercheurs ont ensemencé des cultures cellulaires sur différents échantillons. Seule une petite proportion de cellules s'est développée sur le tissu traité avec le glutaraldéhyde toxique. En revanche, dans le cas de la contrepartie modifiée par faisceau d'électrons, un nombre nettement plus important de cellules ont grandi et ont pu proliférer. En comparaison, encore moins de cellules se sont fixées sur des échantillons non traités que sur des échantillons traités par des électrons.

Les fonctions des cellules sont préservées

Les tests avec des prothèses vasculaires biologiques - pour lesquels les experts ont utilisé des aortas provenant de modèles animaux - ont également été couronnés de succès. "Chez les patients atteints de maladies des vaisseaux sanguins, le remplacement des vaisseaux par des prothèses synthétiques en polymères est inévitable. Ces derniers sont limités à des diamètres de six millimètres ou plus en raison du risque de thrombose. Les implants biologiques doivent être utilisés pour les vaisseaux d'un diamètre inférieur à six millimètres", a déclaré M. Schönfelder. Un des problèmes est leur stérilisation. Les cellules musculaires et endothéliales des couches internes des vaisseaux sanguins ne doivent pas être endommagées. Comme les chercheurs peuvent utiliser leur équipement pour déterminer la profondeur de pénétration optimale des électrons dans la paroi du vaisseau et ne stériliser que la couche externe de l'aorte, les cellules conservent leur fonctionnalité. La profondeur de pénétration dans les tests était de 23 micromètres, ce qui se situe dans la couche de tissu conjonctif la plus externe. "À une dose de rayonnement de 22 kilogray (kGy), les fonctions vasculaires n'ont pas été affectées. En même temps, les bactéries appliquées sur l'échantillon ont été tuées en toute sécurité et en quelques secondes", confirme le chimiste. La faible énergie d'accélération permet de concevoir des dispositifs compacts pour le traitement des électrons. En raison de la vitesse de traitement simultanément élevée, la méthode est prédestinée à être utilisée dans une banque de tissus ou en salle d'opération. Les experts veulent maintenant optimiser le processus et, dans l'étape suivante, construire un dispositif de stérilisation adapté à la méthode.

Source : Fraunhofer FEP