Trop de personnes devant être hospitalisées voient leur situation se déteriorer du fait de leur hospitalisation. Dans les pays industrialisés, la moyenne des victimes d’infections dites nosocomiales est de sept pourcent. Aux soins intensifs, ce chiffre est encore plus élevé. Certaines de ces pathologies peuvent dégénérer en empoisonnement sanguin (septicémie) à l’issue incertaine.

Les germes pathogènes ont particulièrement beau jeu lorsque le patient subit un traitement invasif. Qu’on l’intube pour lui permettre de respirer, pour lui apporter des liquides ou pour évacuer son urine, les germes pathogènes s’en mêlent. On ne sait pas encore comment prévenir ces infections. Une équipe de chercheurs de l’Empa et de médecins de l’Hôpital de cantonal de Saint-Gall collaborent actuellement sur un projet de réduction des risques d’infection en milieu hospitalier.

La recherche porte en premier lieu sur l’analyse des biofilms, tapis de germes qui colonisent par exemple les cathéters urinaires. Pour concevoir les matériaux capables d’en prévenir la formation, il faut d’abord comprendre la manière dont ces germes se fixent et prolifèrent, il faut connaître l’adversaire. Sur ce point, la médecine a longtemps avancé à l’aveugle, personne ne sachant exactement ce qui se passe à l’intérieur des cathéters.

Qun Ren, chercheuse à l’Empa, est bien décidée à dévoiler les secrets intimes des tuyaux de polymères. En collaboration avec des médecins de l’hôpital de Saint-Gall, elle étudie les dépôts présents sur les conduits urinaires de quelque 90 patients. Poser un stent dans un conduit urinaire est une procédure courante, par exemple lors du traitement des calculs rénaux. «Cependant, la pose d’un stent est souvent suivie de douleurs et d’une infection des voies urinaires», remarque Ren. Ce fut le cas chez les patients étudiés: après trois semaines environ dans le corps du patient, soit relativement peu de temps, les tuyaux présentaient sur leur surface intérieure non seulement des dépôts de cristaux de calcium d’origine urinaire, mais également des accumulations de bactéries. «Des biofilms se sont formés à la surface intérieure des tuyaux, indique la chercheuse, de véritables cultures de bactéries». 

Pour les scientifiques, les biofilms sont probablement les organismes vivants les plus résistants de la planète. Ces amas de bactéries s’enrobent d’une matrice mucilagineuse et se comportent à la manière d’un organisme. Les biofilms sont présents depuis bien plus longtemps que nous. On en trouve déjà dans les plus anciens fossiles connus de l’histoire de la Terre. Il n’est pas surprenant de les voir résister envers et contre tout et de croître dans les conditions hostiles, par exemple dans les cathéters, en recourant à d’habiles stratégies de survie.

Ces communautés de bactéries sont protégées par une couche gélatineuse de biopolymères qui les relie avec beaucoup de souplesse. Elles ne cessent d’échanger du matériel génétique, communiquent par signaux chimiques et, lorsque c’est nécessaire, signalent en surface que les couches inférieures de la communauté ont faims. Les antibiotiques et désinfectants habituels ne pénètrent qu’à peine le film. En cas de besoin, la communauté envoie une troupe de pionniers coloniser de nouveaux lieus, à la manière d’une tumeur qui se métastase.

Ces stratégies triomphantes dans la nature peuvent s’avérer fatales pour les patients hospitalisés. L’objectif est donc de développer, entre autres pour les cathéters, de nouveaux matériaux réduisant les risques d’infections. «L’un des moments cruciaux de la formation de biofilms, explique Ren, est celui où les bactéries en mouvement adhèrent à une surface». Pour cela, les micro-organismes usent souvent du même procédé que les geckos capables de grimper sur une surface vitrée: ils utilisent les forces de van-der-Waals produites par les interactions entre leurs propres molécules et celles de la surface qui leur servira de domicile. D’autres micro-organismes déposent sur les tuyaux un revêtement qui servira de soubassement à la communauté. «Pour lutter contre les bactéries, il faut donc commencer par les empêcher d’adhérer aux surfaces», conclut Ren.

La conception de matériaux utilisables dans la pratique et prévenant l’adhésion de germes nécessite la mise sur pied d’une chaîne complète de recherche et développement «from bench to bedside». Et ces matériaux ne seront à la hauteur des attentes que si les analyses en laboratoire reflètent très précisément la réalité qui les attend. C’est pourquoi les chercheurs de l’Empa ont développé un modèle multi-composants se rapprochant le plus possible des conditions hospitalières. Les candidats cathéters sont exposés dans un bioréacteur à des flux de liquides semblables à ceux auxquels sont exposées les sondes urinaires. L’examen de tous les micro-organismes présents est effectué par microscopie confocale; les bactéries font ensuite l’objet d’une culture et leur matériel génétique est analysé. Parallèlement, les surfaces touchées par des dépôts de cristaux de calcium sont étudiées aux rayons X. «Nous ne pourrons créer des matériaux biologiquement sûrs et résistants aux biofilms que lorsque nous en connaitrons exactement les bactéries», précise Ren.

Les échantillons de l’Hôpital cantonal de Saint-Gall ont permis d’étayer le modèle en montrant ce qui se passait dans des cathéters ayant été effectivement implantés dans des corps humains. Comme ces échantillons provenaient de patients qui, avant la pose du cathéter, ne présentaient aucun signe d’infection et comme ils n’avaient gardé ce tuyau que peu de temps, les biofilms observés n’étaient, comme prévu, que peu développés. Il est cependant clairement apparu que certaines espèces pathogènes se présentent souvent en associations. Certains patients présentaient surtout des entérobactéries nocives alors que d’autres hébergeaient des bactéries lactiques auxquelles on attribue plutôt un effet protecteur. Quel est le lien entre ces associations de bactéries et les risques d’infection nosocomiale? C’est la question que les chercheurs vont maintenant étudier. Ils discutent également du type de surface propice à certains types de germes. Dans une prochaine étape, l’équipe va se pencher sur des échantillons provenant de patients ayant suivi un traitement de longue durée et sur des patients infectés.