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Des scientifiques impriment des cages 3D microscopiques pour étudier les bactéries
Les bactéries présentes dans le corps humain prospèrent dans les communautés structurées en 3D. Par conséquent, étudier les agents pathogènes dans ce type d'environnement pourrait mieux montrer comment ils interagissent. Les scientifiques le font maintenant - avec des cages microscopiques imprimées en 3D.
Des scientifiques de l’Université du Texas à Austin ont utilisé une nouvelle technologie d’impression 3D, ce qui leur a permis de construire des maisons pour les bactéries au niveau local.
En enfermant les bactéries dans ces minuscules maisons, ils ont pu étudier comment les bactéries présentes dans les intestins et les poumons humains collaborent pour développer des infections.
Une étude de leurs travaux a été publiée dans la revue Actes de l'Académie nationale des sciences.
Pour construire les cages en protéines, les chercheurs ont utilisé un laser et construit les cages autour des bactéries dans la gélatine. Les cages peuvent avoir n'importe quelle forme ou taille, disent les chercheurs, et peuvent être déplacées autour d'autres cages contenant d'autres communautés de bactéries.
Dans une expérience, ils ont pu montrer comment une communauté de bactéries à l'origine d'infections cutanées, Staphylococcus aureus, est devenu plus résistant aux antibiotiques quand il était en cage avec une communauté d'une autre bactérie impliquée dans la fibrose kystique, Pseudomonas aeruginosa.
Les chercheurs affirment que cette nouvelle méthode qu'ils ont employée devrait permettre aux futures études de recréer de meilleures conditions - plus comme le corps humain - dans lesquelles les bactéries se développent.
Structures 3D empilables
Ce crâne 3D a été imprimé de la même manière que les cages bactériennes, couche par couche. Crédit: Jason Shear
La gélatine dans laquelle la bactérie est enfermée est assez flexible, affirment les chercheurs. Une solution liquide à chaud, elle peut aussi devenir ferme à température ambiante.
Il contient également des molécules photosensibles qui incitent les molécules de gélatine à réagir entre elles lorsqu'elles sont frappées par une lumière laser.
Une fois que les chercheurs ont décidé quelles bactéries ils veulent envelopper et sous quelle forme, ils activent le laser, formant une matrice solide.
Jason Shear, professeur de chimie à l'université d'Austin, explique plus loin:
"Ensuite, nous faisons un autre calque, et un autre, et ainsi de suite. C'est très simple. Nous réalisons essentiellement des images et les empilons dans des structures 3D, mais avec un contrôle incroyable."
"Pensez à l'épaisseur d'un cheveu sur votre tête et prenez 1% de cela, puis prenez environ un quart. C'est à peu près la taille de notre laser quand il est amené à son point le plus petit."
Observer le travail d'équipe de bactéries spécifiques
Les cages imprimées en 3D (en rouge) peuvent avoir n'importe quelle forme et taille, et elles peuvent être déplacées à proximité d'autres structures avec différentes communautés bactériennes (vert). Crédit: Jason Shear
Une fois les cages terminées, les chercheurs alimentent les bactéries en nutriments pour les encourager à se reproduire dans l'espace prévu. Les chercheurs peuvent alors emmener d'autres communautés en cage et les placer à proximité afin qu'ils puissent se signaler.
De plus, les chercheurs ont la capacité de laver la gélatine, d'arrêter la croissance bactérienne et de la stocker pour le transport.
Shear dit que les structures ne permettent pas aux bactéries de s'échapper, mais "elles sont suffisamment poreuses pour être chimiquement permissives", ce qui signifie que les signaux peuvent être échangés.
Il dit que la nouvelle technique offre de nouvelles opportunités pour étudier la croissance bactérienne. Par exemple, des bactéries telles que Staph et Pseudomonas peuvent être arrangés ensemble pour voir comment ils réagissent quand ils sont tous deux présentés avec un intrus.
Shear ajoute:
"Ce sont des bactéries très communes que l'on trouve souvent ensemble dans les infections, et il est logique qu'elles aient des mécanismes pour se détecter. Ce que la technologie nous permet de faire, c'est de les dialoguer de manière très précise. voyez ce qui se passe. Staph senti le Pseudomonaset l'un des résultats a été qu'il est devenu plus résistant aux antibiotiques. "
Implications futures et étude approfondie
Shear dit que leur technique peut être utilisée pour étudier comment les infections se propagent, par exemple dans un hôpital, où il est essentiel d'éviter les infections.
Il cite des études antérieures qui suggèrent que les infections sont transmises par de minuscules colonies de bactéries qui voyagent sur le matériel ou le personnel et qui sont donc très répandues dans tout l’hôpital.
En étudiant comment les communautés bactériennes travaillent ensemble, il pense que d’autres questions peuvent être abordées:
"Nous en savons actuellement peu sur la façon dont cela se produit. Combien de cellules faut-il? Ces micro-communautés deviennent-elles particulièrement virulentes ou résistantes aux antibiotiques précisément parce qu'elles sont petites et modifient ensuite les propriétés des bactéries sur notre peau ou notre corps "Nous avons maintenant un moyen de commencer à poser ces questions beaucoup plus largement."
Ces résultats sont particulièrement opportuns, car les Centres de contrôle et de prévention des maladies (CDC) ont récemment appelé à une action contre les bactéries résistantes aux médicaments.
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