Combattre les infections postopératoires en urologie grâce au sucre

➡️ Communiqué de presse en anglais (21.02.2023) et film sur le projet lauréat (sous-titré en anglais)

⬇️ Using sugar to treat post-operative urology infections 

➡️ Ce Prix scientifique sera décerné lors du Rendez-vous sciences & santé Leenaards, le jeudi 23 mars, dès 18h, au bâtiment AGORA, sur la cité hospitalière du CHUV, à Lausanne. Cet événement est ouvert à toutes et tous, sur inscription: leenaards.ch/rdvscience23

Combattre les infections postopératoires en urologie grâce au sucre

La résistance aux antibiotiques observée au sein de la population est une problématique de plus en plus préoccupante en termes de santé publique. Divers facteurs, tels que la surprescription, conjugués à la quasi-absence de développement de nouveaux antibiotiques, sont à l’origine de ce problème. « Il est dès lors nécessaire de trouver des moyens pour lutter contre les infections bactériennes, tout en cherchant à diminuer la quantité d’antibiotiques utilisés », explicite le Dr Sylvain Meylan (CHUV) qui pilote ce projet de recherche aux côtés des professeurs Beat Roth (CHUV) et John McKinney (EPFL).

Lauréate de l’un des Prix scientifiques Leenaards 2023, cette étude vise plus particulièrement à introduire une nouvelle stratégie d’antibiothérapie pour lutter contre les infections faisant suite à un acte chirurgical dans le domaine de l’urologie. En effet, jusqu’à 40 % des personnes à qui l’on place des sondes internes peuvent développer des infections urinaires sévères. L’utilisation de cathéters et de sondes urinaires est particulièrement visée par ces infections, car ces corps étrangers tendent à accumuler des colonies de bactéries formant des amas hautement structurés, les biofilms. « Lorsque la nourriture se fait rare ou encore pour se protéger des agressions, les bactéries se mettent dans un état dormant et s’organisent en colonie sous la forme de biofilms très résistants et difficiles à déloger, ce qui est généralement le cas dans les urines, décrit le Prof. Roth, chef du Service d’urologie du CHUV. Et lorsqu’un acte chirurgical est nécessaire, comme le fait de retirer des calculs urinaires, les bactéries peuvent alors se disséminer rapidement dans les organes du patient. »

Face à cette problématique, l’équipe de recherche explore de nouvelles stratégies telles que la manipulation métabolique, à savoir le fait de combattre les bactéries résistantes en s’attaquant à leur point faible : leur attrait pour le sucre. « En administrant du sucre, plus précisément le mannitol, il s’agit de leurrer les bactéries en leur offrant ce qu’elles aiment le plus, un peu à la manière d’un cheval de Troie. Les bactéries affamées ne peuvent en effet pas résister à leur nourriture préférée. Du coup, les bactéries se réveillent à cause de la consommation de sucre et se rendent ainsi susceptibles aux antibiotiques », résume Sylvain Meylan, chef de clinique au Service des maladies infectieuses du CHUV.

Afin d’affiner cette méthode, il est nécessaire de tester les meilleures techniques et les dosages les plus adéquats pour chaque patient, en un minimum de temps ; une recherche qui incombe au Prof. John McKinney, responsable du laboratoire de microbiologie et de microtechnique de l’EPFL. Son laboratoire a développé des dispositifs microfluidiques transparents de très petite taille formé d’un système de canaux et d’alvéoles extrêmement fins, où chaque conduit est plus mince qu’un cheveu. Ces dispositifs ont l’avantage de pouvoir tester différentes concentrations de mannitol et d’antibiotique afin de répondre aux besoins individuels des patient.e.s. « En cas de succès, il suffira au chirurgien d’envoyer un échantillon d’urine de son patient à mon laboratoire pour obtenir, en quelques heures, un résultat indiquant la concentration de médicament optimale à appliquer », souligne le Prof. McKinney. Cette stratégie pourrait potentiellement être appliquée à d’autres formes d’infections bactériennes actuellement réfractaires aux antibiotiques.

“En utilisant l’attrait d’un sucre bien particulier, le mannitol, nous cherchons à combattre les colonies de bactéries réfractaires aux antibiotiques à la suite d’un acte chirurgical dans le domaine de l’urologie. Nous espérons que ce nouveau moyen de lutter contre les infections bactériennes pourra s’appliquer à d’autres type d’infections et participer ainsi à diminuer les résistances aux antibiotiques.”

Using sugar to treat post-operative urology infections

Antibiotic resistance is an increasingly worrying public-health problem. It’s being caused by several factors, including the over-prescription of these drugs and a dire lack of new antibiotic development. “We need to find new ways of treating bacterial infections while seeking to reduce the amount of antibiotics prescribed,” says Dr. Sylvain Meylan from Lausanne University Hospital (CHUV), who’s conducting a study on this topic alongside Prof. Beat Roth, also from the CHUV, and John McKinney from EPFL.

Their study – a winner of the 2023 Leenaards Foundation Science Prize – seeks to develop a new antibiotic-treatment strategy for infections resulting from urologic surgery. Up to 40% of patients who are given a urinary probe or catheter go on to develop a severe urinary tract infection. These infections often develop after the introduction of such foreign bodies, since bacteria tend to accumulate around them and form highly structured colonies known as biofilms. “When bacteria have a hard time finding food or need to protect themselves from aggression, they go into a dormant state and arrange themselves into biofilms,” says Prof. Roth, the chief physician at the CHUV’s urology department. “These films can be extremely resistant and hard to destroy, especially when they occur in urine. And if a patient has to undergo urologic surgery, such as to remove urinary stones, the bacteria can quickly spread to other organs.”

In response, the scientists are investigating a host of new methods, including a strategy that involves metabolic manipulation, which refers to the process of fighting bacteria by attacking their weak point: their fondness for sugar. “By combining an antibiotic with sugar, and more specifically mannitol, we can lure bacteria with their favorite food – but as a Trojan Horse,” says Prof. Meylan, the chief resident in infectious diseases at the CHUV. “Starving bacteria won’t be able to resist. Consuming the mannitol will bring them out of their dormant state and make them more susceptible to the antibiotic.”

For this strategy to be effective, doctors need to find the right doses of sugar and antibiotic for each patient. That means running an array of tests to pinpoint the ideal concentrations, but very quickly since time is of the essence. This is where the work done by Prof. McKinney, the head of EPFL’s Laboratory of Microbiology and Microtechnology, comes in. His research group has developed tiny, transparent microfluidic devices consisting of chambers and channels smaller in diameter than a human hair. These devices can be used to test different mannitol and antibiotic concentrations so as to find the right combination for a given patient. “With our new method, surgeons would just need to send a sample of a patient’s urine to our laboratory, and in a few hours we’ll tell them what the optimal concentrations are.” This new strategy could eventually be applied to other types of infections caused by antibiotic-resistant bacteria.