Le comportement des nanoparticules face aux membranes cellulaires

Les NP sont des matériaux de la taille des molécules. Leur petite taille qui leur apporte des propriétés intéressantes et uniques en fait également des envahisseurs potentiels. Les modèles basés sur des données réalistes sont nécessaires pour prédire la toxicité des nouvelles NP sans recours aux expérimentations animales pendant la phase de conception.

La portée de ces applications est énorme pour les NP, notamment en termes de propriétés physicochimiques, de types de cellules et d'autres facteurs. Des scientifiques ont lancé l'initiative MEMBRANENANOPART, financée par l'UE, pour développer les modèles d'interactions de NP avec la membrane cellulaire, l'entrée dans les cellules et la toxicité subséquente. La première partie du projet s'est concentrée sur les interactions entre les biomolécules et les NP et les membranes cellulaires et les NP.

Les modèles du projet offrent une description de la couche d'adsorption protéique (couronne protéique) qui se forme à la surface des NP lors de leur entrée dans le milieu biologique et joue un rôle dans leur interaction avec la matière vivante. Des travaux sur la dynamique moléculaire au niveau atomique ont contribué à l'optimisation des champs de force pour la modélisation d'interfaces souples et rigides comme les régions de contact entre les NP inorganiques solides et les biomolécules.

Grâce à un modèle générique à gros grain d'un globule de protéine, l'équipe a étudié l'adsorption des protéines de plasma les plus répandues sur des surfaces de NP génériques. Les scientifiques ont modélisé l'accumulation des cinq groupes de NP artificielles les plus connues pour mieux comprendre le phénomène.

Les modèles décrivent également comment les NP traversent la membrane cellulaire. L'équipe a étudié la translocation de NP d'oxyde de titane par les monocouches et les bicouches lipidiques et a entamé la formulation des méthodologies sur la base des constatations élaborées.

L'évaluation de l'impact toxicologique des NP offrira des bases pour la prochaine étape, la corrélation des propriétés de NP comme la taille, la forme, la charge superficielle ainsi que l'hydrophobicité ou l'hydrophilie. Les scientifiques ont développé une méthodologie systématique pour l'évaluation quantitative de la toxicité en permettant une comparaison de données provenant de plusieurs sources.

Les résultats du projet MEMBRANENANOPART contribueront au développement d'instruments de prévision pour les concepteurs de NP associant les propriétés physicochimiques de NP à la toxicité cellulaire. L'approche de dépistage efficace en association avec une utilisation minime des tests in vivo assurera la conception de nanomatériaux sûrs et inoffensifs pour l'homme et l'environnement.