Étude d’un dispositif LED à lumière bleue pour supprimer les agents pathogènes des plaies à l’aide d’un modèle cutané synthétique à base de collagène

Nos recherches étudient comment une lumière bleue de 405 nanomètres peut supprimer en toute sécurité les agents pathogènes des plaies à l’aide d’un modèle cutané synthétique à base de collagène. La plupart des études utilisent des cultures de bouillon, des plaques d’agar ou des modèles animaux. Nous introduisons une plateforme réaliste et reproductible imitant la peau pour les tests de photothérapie.

Pour commencer, obtenez les souches bactériennes et fongiques souhaitées. Choisissez une seule colonie isolée et inoculez-la aseptiquement dans cinq millilitres de bouillon de soja tryptique. Une fois toutes les souches inoculées, incubez les cultures.

Après le temps d’incubation souhaité, ajustez la turbidité à l’aide de PBS stérile selon la norme de McFarland de 0,5 pour les tests antimicrobiens. Ensuite, prenez des sections de peau synthétique hydratées à base de collagène préparées et inoculez chaque section avec 100 microlitres de suspension microbienne. À l’aide d’un écarteur stérile, répartissez la suspension uniformément sur la surface.

Ensuite, faire sécher à l’air les échantillons inoculés dans une chambre stérile dans des conditions ambiantes. Attribuez les échantillons à trois groupes de traitement selon les différentes expositions à la lumière. Pour l’irradiation, montez le dispositif LED à lumière bleue sur un dissipateur thermique en aluminium.

Utilisez un photomètre calibré pour mesurer l’irradiance au niveau exact du plan de traitement. Ajustez la hauteur de la sonde pour tenir compte de l’épaisseur du capteur. Ajustez maintenant la distance de déplacement de la LED pour standardiser l’irradiance de travail à 30 milliwatts par centimètre carré.

Placez les échantillons de peau inoculés du groupe B de façon aseptique dans des bouffes de Pétri stériles sans couvercle. Placez les antennes directement sous la LED de lumière bleue et irradiez pendant 15 minutes pour atteindre une fluidité cible de 27 joules par centimètre carré. De même, irradiez le groupe C sous lumière UVC pendant deux minutes pour atteindre une fluidité cible de 3,6 joules par centimètre carré.

Après irradiation, transférez l’échantillon synthétique traité dans un tube stérile de 15 millilitres contenant neuf millilitres de PBS à pH 7,4 et faites-le légèrement tourner pour déloger les microbes adhérents à la surface. Préparez maintenant des dilutions en série dix fois plus grandes de la suspension. Placez 100 microlitres des dilutions sélectionnées sur les plaques d’agar, puis faites couver les plaques.

À la fin de la période d’incubation, comptez le nombre de colonies et notez le nombre d’unités formant des colonies. Calculez la réduction microbienne à l’aide des équations présentées. Pour simuler une exposition nosocomiale en suspension aérienne, utilisez une chambre aérosol acrylique personnalisée dans des conditions environnementales contrôlées.

Placez des plaques d’agar stériles à l’intérieur de la chambre pour surveiller l’activité des retombées microbiennes. Ensuite, placez les échantillons de peau stériles à l’intérieur de la chambre. À l’aide d’un nébuliseur, aérosolisez deux millilitres de suspension microbienne dans la chambre et exposez les échantillons à une lumière bleue continue à 10 microwatts par centimètre carré depuis une distance de 20 centimètres pendant 30 minutes.

Pour le contrôle, répétez les mêmes conditions de chambre avec le dispositif de lumière bleue éteint. Quantifiez les comptages viables à partir des échantillons par analyse standard du nombre de plaques. Pour l’analyse FTIR, prélevez des échantillons synthétiques de peau et hydratez-les selon les instructions du fabricant.

Divisez les échantillons hydratés en quatre ensembles sur une surface stérile. Exposer deux ensembles d’échantillons à une lumière bleue de 405 nanomètres à une intensité de 30 milliwatts par centimètre carré. Exposez un ensemble pendant 15 minutes et l’autre pendant 60 minutes.

De même, exposez deux séries d’échantillons à une lumière UVC de 265 nanomètres à une intensité de trois milliwatts par centimètre carré, l’une étant exposée pendant 15 minutes et l’autre pendant 60 minutes. Après irradiation, épongez doucement les échantillons pour éliminer l’humidité de surface. Analysez les échantillons à l’aide de spectroscopie FTIR pour évaluer les changements chimiques et structurels.

Configurez l’instrument FTIR en mode ATR et préparez la surface cristalline pour le placement de l’échantillon. Placez l’échantillon sur le cristal ATR pour l’acquisition spectrale. Effectuer des comparaisons spectrales directes entre les échantillons témoins non traités et irradiés.

Ensuite, utilisez l’échantillon témoin non traité comme référence de fond et scannez les échantillons irradiés pour obtenir les spectres soustraits de base. Le dispositif LED à lumière bleue a démontré une efficacité antimicrobienne significative contre tous les agents pathogènes des plaies testés sur des modèles de peau synthétique. Les réductions moyennes de diagraphes révèlent des différences de sensibilité dépendantes de l’espèce, Klebsiella pneumoniae démontrant la plus grande sensibilité à la lumière bleue et Staphylococcus aureus une réduction relativement plus faible, bien que néanmoins significative.

L’irradiation UVC a permis une réduction microbienne plus élevée sur toutes les espèces testées. L’irradiation à lumière bleue et aux UVC a démontré une activité antimicrobienne à large spectre contre des agents pathogènes bactériens cliniquement pertinents, notamment Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus aureus et Candida albicans. L’exposition à la lumière bleue a entraîné une réduction dépendante du temps des trois agents pathogènes de la plaie, avec une inactivation rapide d’Escherichia coli et de Candida albicans, et un déclin progressif plus lent de Staphylococcus aureus.

L’efficacité de la lumière bleue a été évaluée en outre dans des conditions simulées de contamination aéroportée. L’exposition continue a considérablement diminué le dépôt microbien sur les surfaces de la peau synthétique par rapport aux témoins non traités pour chaque espèce évaluée. Les spectres ATR-FTIR corrigés au niveau de base ont indiqué que le traitement UVC réduisait l’intensité des pics d’amides et augmentait les vibrations d’étirement carbone-oxygène, reflétant la dégradation du collagène.

En revanche, l’exposition à la lumière bleue n’a pas provoqué de changements spectrales ou chimiques significatifs. Cette méthode évalue les sources lumineuses de photothérapie en testant l’efficacité des antimicrobiens tout en préservant l’intégrité et la sécurité du collagène sur les surfaces cutanées. Le principal défi de ce protocole est de maintenir une irradiance uniforme et un contrôle précis de la fluidité des sources lumineuses afin d’assurer des résultats antimicrobiens reproductibles.

Ce protocole peut être étendu aux tests de biofilms, à l’analyse du stress oxydatif, à l’optimisation des dispositifs lumineux de nouvelle génération et au dépistage d’interventions thérapeutiques similaires et novatrices.