Development of a combinatory therapy based on anti-biofilm agents and poly-lactic acid particles for antibiotic delivery within bacterial biofilms

Après l’âge d’or de la découverte des antibiotiques, les infections bactériennes représentent toujours un challenge considérable pour la santé publique mondiale. Le mode de croissance en biofilms est le principal responsable des infections chroniques pour lesquelles les thérapies antibiotiques sont en échec clinique, pointant la nécessité d’élaborer de nouvelles stratégies thérapeutiques. L’objectif de cette thèse a porté sur le développement d’une thérapie combinatoire à base d’agents anti-biofilms et de particules biodégradables d’acide poly-lactique pour la délivrance d’antibiotiques au cœur des biofilms bactériens. Une stratégie de formulation d’antibiotiques a été développée, aboutissant à des particules stables et fortement chargées en rifampicine. La charge de surface des particules a été inversée vers des valeurs positives par adsorption d’un peptide cationique, la poly-lysine. L’intérêt d’une telle formulation a été évalué in vitro sur des biofilms de Staphylococcus aureus. Capables d’interagir via des liaisons électrostatiques avec les biofilms et les bactéries, les particules cationiques sont retenues en plus grande quantité dans les biofilms que les particules anioniques qui peuvent être éliminées par lavage. Les particules permettant une délivrance progressive de l’antibiotique, l’inversion de leur charge de surface qui renforce ces interactions permet de réduire les quantités d’antibiotique nécessaires pour maintenir une efficacité anti-biofilm. La combinaison de ce traitement avec la DNase, une enzyme capable de dégrader la matrice de biofilms, permet de potentialiser la dégradation des biofilms sans toutefois augmenter l’activité bactéricide de l’antibiotique. Des évaluations in vivo de l’efficacité de cette stratégie thérapeutique permettraient de confirmer son intérêt pour le traitement des biofilms bactériens.After the golden age of antibiotic discovery, bacterial infections still represent a major challenge for public health worldwide. The biofilm mode of growth is mostly responsible for chronic infections that antibiotic therapies fail to cure, pointing out the need to establish new therapeutic strategies. The aim of this thesis dealt with the development of a combinatory therapy based on anti-biofilm agents and poly-lactic biodegradable nanoparticles for antibiotic delivery within bacterial biofilms. An antibiotic formulation strategy was developed, leading to stable and highly rifampicin loaded particles. The particle surface charge was inverted to positive values by adsorbing a cationic peptide, poly-lysine. The impact of this formulation was evaluated in vitro on Staphylococcus aureus biofilms. Capable of electrostatic interactions with biofilms and bacteria, cationic particles are retained in larger quantity in biofilms than anionic ones which can be eliminated by washing. The particles enabling a sustained delivery of antibiotic, the surface charge inversion that strengthen those interactions allows to reduce the needed quantities of antibiotic to maintain an anti-biofilm efficacy. Combining this treatment with DNase, an enzyme able to degrade biofilm matrix, allows to potentiate the degradation of biofilms, however the bactericidal activity of the antibiotic was not enhanced. In vivo efficacy evaluation of this therapeutic strategy could confirm its interest for the treatment of bacterial biofilms