Les interactions entre les membranes lipidiques et les nanoparticules

Les nanoparticules sont très présentes dans l'environnement en raison de l'émission de nombreux produits qui en contiennent et la liste ne cesse de s'allonger. Le carbone nanostructuré et les nanoparticules polymériques en sont de bons exemples. Le fullerène c60, un nanocarbone, est un additif de carburants hydrocarbures libéré dans l'atmosphère comme résidus de la combustion. Les nanoparticules de polystyrène sont omniprésentes dans les emballages plastiques.

Les modèles informatiques des interactions particules-cellules peuvent fournir une meilleure compréhension des risques biologiques et assister au développement d'instruments de dépistage rapide. Les scientifiques ont lancé le projet PLUM («Computational study of the interaction between inhaled carbon nanoparticles and lung membranes»), financé par l'UE, pour étudier les effets des nanoparticules de C60 et de polystyrène sur les membranes biologiques.

Les chercheurs ont employé la modélisation de dynamique moléculaire des particules en interaction en utilisant l'équation du mouvement de Newton. En raison de l'absence d'hypothèses sur les processus d'interaction, les résultats de simulation peuvent indiquer de nouvelles lois de physique ou des mécanismes innovants.

L'étude la dispersion de fullerène dans les membranes lipidiques a offert des renseignements inattendus dans les mécanismes de dissolution. Le manque de solubilité a empêché l'extraction de fullerène, la purification et l'utilisation dans les composants et les dispositifs. L'équipe a montré que les membranes lipidiques sont d'excellents solvants candidats notamment en raison de la caractéristique de haute densité de la membrane lipidique. Ces résultats ouvrent la voie à l'utilisation de bicouches lipidiques comme solvants biocompatibles des fullerènes.

Les modèles réalistes des membranes avec des phases liquides ordonnées et désordonnées ont montré que les nanoparticules de polystyrène interagissent fortement avec des membranes à phases séparées. Elles sont très localisées dans les domaines désordonnés, modifiant leurs propriétés thermiques et mécaniques. Ces membranes sont des modèles pour les radeaux lipidiques qui jouent des rôles importants dans le tri de protéines membranaires et la transmission des signaux cellulaires. Les données soulignent l'importance d'études supplémentaires pour déterminer si les effets similaires se déclenchent in vivo.

Les simulations de dynamique moléculaire ont offert des renseignements relatifs aux objectifs du projet PLUM et plus encore. Les effets dramatiques sur les membranes des nanoparticules de polystyrène omniprésentes soulignent le besoin urgent pour des examens supplémentaires. Les résultats ont également indiqué une façon innovante de dissoudre les fullerènes, jusqu'à présent un obstacle dans le traitement pour des applications dans les dispositifs. L'exploitation des résultats devrait améliorer la sécurité des nanoparticules et permettrait leur application dans les nouveaux dispositifs.