L'interaction des nanoparticules avec la membrane cellulaire
La taille des nanoparticules est de l'ordre 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. L'objectif du projet MEMBRANENANOPART (Modelling the mechanisms of nanoparticle-lipid interactions and nanoparticle effects on cell membrane structure and function), financé par l'UE, était de développer des modèles d'interactions des nanoparticules avec la membrane cellulaire ainsi que des modèles de pénétration dans les cellules et de toxicité. Le but ultime était de créer des outils permettant d'évaluer la toxicité et de faciliter la production de nanomatériaux de conception sûre. Le principal outil de recherche de l'équipe était la simulation informatique des processus d'interaction au niveau moléculaire. Les modèles de projet incluaient la description de la couche d'adsorption de protéine (couronne protéique) qui se forme à la surface des nanoparticules après leur entrée dans les milieux biologiques. 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. Ces modèles ont également décrit de quelle façon les NP traversent la membrane cellulaire. L'équipe a ensuite étudié la translocation des NP à oxyde de titane à travers les monocouches et les bicouches de lipide. L'équipe MEMBRANENANOPART a identifié les difficultés au niveau de la modélisation de l'interface biomolécule-NP et suggéré des solutions pour les surmonter. Les nouveaux modèles ont permis d'évaluer les principes de la formation de la couronne protéique des NP et classé les biomolécules selon leur affinité de liaison aux NP. Les propriétés des nanoparticules ont été déterminées en influençant leur interaction avec les protéines plasmatiques et les membranes cellulaires. Les modèles de simulation à gros grains ont été validés par le biais de simulations et expériences détaillées. Enfin, le consortium a développé un protocole pour évaluer la toxicité des NP à l'aide de divers indicateurs biochimiques et biomoléculaires. Les résultats du projet MEMBRANENANOPART ont contribué 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.
Mots‑clés
Nanoparticules, membrane cellulaire, toxicité, MEMBRANENANOPART, simulation informatique
