Ce projet serait sous la direction de : M. Frédéric TEWES
Unités de recherche : PHAR2
Ecole doctorale : Rosalind Franklin – énergie, environnement, bio santé
Intitulé du sujet :
Microbulles stabilisées par LNP pour la désorganisation des biofilms et la reprogrammation génétique de bactéries pathogènes
Microbubbles stabilized by LNPs for the disruption of biofilms and the genetic reprogramming of pathogenic
bacteria
Mots clés : Biofilms bactériens ; Dispositifs médicaux implantables ; Oligonucléotides antisens (ASO); Cavitation ultrasonore ; Antibiorésistance ; Thérapies non antibiotiques ; Nanoparticules lipidiques
Début de thèse : à partir du 01/10/2026
Résumé :
Les infections associées aux implants représentent un enjeu majeur de santé publique, en particulier en raison de la capacité de Staphylococcus aureus et Pseudomonas aeruginosa à former des biofilms structurés à la surface des dispositifs médicaux. Ces communautés bactériennes confèrent une protection physique et physiologique contre les antibiotiques et le système immunitaire, favorisant l’apparition de phénotypes hautement tolérants et la chronicisation de l’infection. En pratique clinique, la prise en charge des infections implantaires établies repose le plus souvent sur des stratégies lourdes associant une antibiothérapie prolongée à des interventions chirurgicales, allant du débridement au retrait complet de l’implant, ce dernier restant fréquemment nécessaire pour obtenir une éradication durable de l’infection.
Le projet MicroLipo propose une approche thérapeutique de rupture reposant sur la combinaison synergique de deux technologies avancées : (i) des microbulles activables par ultrasons, capables de désorganiser mécaniquement les biofilms bactériens par cavitation contrôlée, et (ii) la délivrance ciblée d’acides nucléiques thérapeutiques (notamment des oligonucléotides antisens) au moyen de nanoparticules lipidiques (LNP), permettant une modulation transitoire et réversible de l’expression génique bactérienne. Cette stratégie vise à atténuer la virulence, à inhiber l’expression de gènes clés impliqués dans la formation et la persistance des biofilms, ainsi que dans les mécanismes de tolérance ou de résistance aux antibiotiques, afin de restaurer l’efficacité des traitements antibactériens conventionnels.
Le projet s’appuie sur une collaboration pluridisciplinaire. La synthèse des acides nucléiques et le développement des lipides de transfection seront réalisés à l’Université de Bordeaux, avec une optimisation des formulations de LNP en partenariat avec la société InsideTx grâce à des technologies microfluidiques. La conception des microbulles hybrides stabilisées par LNP, ainsi que les études de cavitation, de pénétration et de délivrance intrabiofilm, seront menées à l’Université de Poitiers, en s’appuyant sur des capacités d’imagerie ultrasonore et des modèles infectieux dédiés
Implant-associated infections represent a major public health challenge, particularly due to the ability of Staphylococcus aureus and Pseudomonas aeruginosa to form structured biofilms on the surface of medical devices. These bacterial communities provide both physical and physiological protection against antibiotics and the immune system, promoting the emergence of highly tolerant phenotypes and the chronicity of infection. In clinical practice, the management of established implant-associated infections most often relies on intensive strategies combining prolonged antibiotic therapy with surgical interventions, ranging from debridement to complete implant removal, the latter often being required to achieve durable eradication of the infection.
The MicroLipo project proposes a disruptive therapeutic approach based on the synergistic combination of two advanced technologies: (i) ultrasound-activatable microbubbles capable of mechanically disrupting bacterial biofilms through controlled cavitation, and (ii) targeted delivery of therapeutic nucleic acids (notably antisense oligonucleotides) using lipid nanoparticles (LNPs), enabling transient and reversible modulation of bacterial gene expression. This strategy aims to attenuate virulence, inhibit the expression of key genes involved in biofilm formation and persistence, as well as in antibiotic tolerance or resistance mechanisms, in order to restore the efficacy of conventional antibacterial treatments.
The project is based on a multidisciplinary collaboration. Nucleic acid synthesis and the development of transfection lipids will be carried out at the University of Bordeaux, with optimization of LNP formulations in partnership with the company InsideTx using microfluidic technologies. The design of hybrid LNP-stabilized microbubbles, as well as studies on cavitation, penetration, and intrabiofilm delivery, will be conducted at the University of Poitiers, leveraging ultrasound imaging capabilities and dedicated infection models.
Contexte et problématique :
Les infections chroniques associées aux dispositifs implantables représentent un défi majeur de santé publique, principalement en raison de la formation de biofilms bactériens par Staphylococcus aureus et Pseudomonas aeruginosa. Ces structures multicellulaires organisées confèrent aux bactéries une tolérance extrême aux antibiotiques et aux défenses de l’hôte, favorisant la chronicité des infections et l’échec thérapeutique. Malgré les progrès de l’antibiothérapie, les biofilms constituent un écosystème résilient dans lequel la diffusion des molécules est limitée, l’expression génique profondément reprogrammée et l’émergence de phénotypes tolérants facilitée. Les stratégies cliniques actuelles reposent principalement sur des antibiothérapies prolongées et des interventions chirurgicales lourdes, incluant souvent le retrait de l’implant. Ces approches sont coûteuses, invasives, et peu compatibles avec les enjeux croissants de l’antibiorésistance (AMR). Il existe donc un besoin critique de stratégies innovantes, non exclusivement antibiotiques, capables de cibler spécifiquement le biofilm et sa régulation
physiologique.
Le projet MicroLipo propose une approche de rupture reposant sur une thérapie mécano-chimique combinée, associant :
• Des microbulles (MBs) activables par ultrasons, capables de perturber mécaniquement la matrice du biofilm par cavitation contrôlée ;
• Des LNP chargées en acides nucléiques thérapeutiques (ASO) destinées à moduler transitoirement l’expression génique bactérienne.
L’objectif global est de désorganiser le biofilm, faciliter la pénétration intrabiofilm, et reprogrammer les bactéries afin de réduire leur virulence et restaurer leur sensibilité aux antibiotiques.
Description du sujet :
Les objectifs spécifiques du projet sont :
• développer des ASO chimiquement modifiés ciblant des gènes clés de S. aureus et P. aeruginosa ;
• formuler des LNP adaptées aux contraintes des biofilms bactériens et à la stabilisation de microbulles ;
• concevoir des microbulles hybrides de type Pickering, stabilisées par des LNP ;
• démontrer la pénétration intrabiofilm, la modulation génique bactérienne et l’efficacité thérapeutique in vitro et in vivo ;
• faire progresser la technologie vers un TRL 3–4, compatible avec une future maturation préclinique
Méthodologie et mise en œuvre :
WP1 – Synthèse, caractérisation et validation fonctionnelle des ASO – Porteur Pr. Tina Kauss (ARNA).
Ce WP a pour objectif de concevoir, synthétiser et valider des ASO bactériens chimiquement modifiés destinés à moduler l’expression de gènes impliqués dans la formation des biofilms, la virulence et la tolérance aux antibiotiques. Il inclut également l’utilisation de ASO dirigés contre l’opéron luxABCDE comme outil de preuve de concept, permettant un suivi direct et quantitatif de l’efficacité de la délivrance et de l’inhibition génique.
WP2 – Formulation et caractérisation des nanoparticules lipidiques (LNP)/liposomes ciblant les bactéries responsables des biofilms – Porteur Pr. Tina Kauss (ARNA)
Ce WP vise à concevoir, optimiser et caractériser des LNP/ liposomes adaptées à la délivrance locale d’acides nucléiques au sein des biofilms de Staphylococcus aureus et Pseudomonas aeruginosa, en tenant compte des barrières structurales spécifiques à chaque espèce bactérienne.
WP3 – Développement de microbulles hybrides – Porteur Pr. Frédéric Tewes (PHAR2)
Ce WP vise à développer des microbulles (MBs) activables par ultrasons, à taille contrôlée et reproductible, puis à les convertir en microbulles hybrides dont l’interface est stabilisée par des LNPs (système de type Pickering), afin de combiner stabilité, comportement acoustique et capacité de co-délivrance.
Les MBs seront produites par des membranes céramiques Shirasu (SGM), selon une approche Pickering. L’effet de la concentration en LNP, de la présence/absence de surfactants, sur la stabilité, la taille et le comportement acoustique sera évalué.
Les MBs seront produites par injection d’air à travers des SGM. Un système de recirculation en boucle sera utilisé afin d’affiner et d’homogénéiser la distribution de taille des MBs. Les principaux paramètres de procédé étudiés incluront la taille des pores de la membrane, le nombre de cycles de recirculation et la viscosité du milieu.
WP4 – Modèles de biofilms et évaluation in vitro / in vivo. Porteur Pr. Frédéric Tewes (PHAR2)
L’objectif de ce WP est d’évaluer l’interaction des microbulles hybrides avec des biofilms bactériens et de démontrer, de manière intégrée, la désorganisation du biofilm, la pénétration des LNPs et l’efficacité fonctionnelle de la délivrance des siRNA sous activation ultrasonore. (Modèles in vitro, Modèle statique, Modèle dynamique).
Profil recherché :
Le candidat recherché devra présenter un profil scientifique solide à l’interface entre la pharmaceutique, la microbiologie et les nanotechnologies.
Une formation de niveau Master 2 ou équivalent en pharmacie, sciences pharmaceutiques, biotechnologies, chimie, ou biophysique est requise. Une spécialisation ou une première expérience en formulation de systèmes nanométriques (notamment nanoparticules lipidiques, liposomes ou systèmes apparentés) sera particulièrement appréciée. Des compétences en microbiologie, en particulier dans l’étude des biofilms bactériens (idéalement impliquant Staphylococcus aureus et/ou Pseudomonas aeruginosa), constitueront un atout important.
Le candidat devra démontrer un intérêt marqué pour les approches interdisciplinaires, incluant la délivrance d’acides nucléiques, les interactions nanoparticules–bactéries, ainsi que les techniques d’imagerie et d’évaluation biophysique. Une expérience, même limitée, en culture cellulaire, en techniques analytiques (DLS, zeta potentiel, microscopie), ou en modèles d’infection in vitro sera valorisée. Sur le plan des compétences transversales, une bonne capacité d’analyse, de rigueur expérimentale et d’autonomie est attendue. Le candidat devra également faire preuve d’esprit d’initiative, de capacité à travailler en équipe dans un environnement collaboratif international, et d’aptitudes à la communication scientifique, tant à l’écrit qu’à l’oral (en français et en anglais).
Une motivation forte pour la recherche translationnelle en infectiologie et en lutte contre l’antibiorésistance est indispensable, ainsi qu’un intérêt pour le développement de stratégies thérapeutiques innovantes combinant nanotechnologies et approches mécanistiques.
The successful candidate should have a strong scientific background at the interface of pharmaceutical sciences, microbiology, and nanotechnology.
A Master’s degree (MSc or equivalent) in pharmacy, pharmaceutical sciences, biotechnology, chemistry, or biophysics is required. Specialization or prior experience in the formulation of nanoscale systems (particularly lipid nanoparticles, liposomes, or related delivery systems) will be highly valued. Skills in microbiology—especially in the study of bacterial biofilms (ideally involving Staphylococcus aureus and/or Pseudomonas aeruginosa) will be a significant advantage.
The candidate should demonstrate a strong interest in interdisciplinary approaches, including nucleic acid delivery, nanoparticle–bacteria interactions, and biophysical and imaging techniques. Experience, even limited, in cell culture, analytical techniques (e.g., DLS, zeta potential, microscopy), or in vitro infection models will be considered an asset.
In terms of transferable skills, the candidate is expected to show strong analytical abilities, experimental rigor, and a degree of autonomy. The ability to take initiative, work effectively within an international collaborative environment, and communicate scientific results clearly, both in writing and orally (in English and preferably French), is essential.
A strong motivation for translational research in infectious diseases and antimicrobial resistance is required, along with a clear interest in developing innovative therapeutic strategies combining nanotechnology and mechanistic approaches.
Contacts pour plus d’informations et pour candidater jusqu’au 15/05/26 :
Frédéric TEWES : frederic.tewes@univ-poitiers.fr