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Un modèle pour le comportement et les propriétés des nanoparticules

La généralisation et la disponibilité commerciales des nanoparticules d'oxydes métallique de métal et à base de carbone ont permis d'améliorer les produits et services dans de nombreux domaines. Cependant, leur petite taille, leur forte réactivité et leur énorme diversité posent des problèmes en matière de santé et de sécurité de l'environnement.
Un modèle pour le comportement et les propriétés des nanoparticules
Pour s'attaquer à ces problèmes, le consortium du projet NANOPUZZLES (Modelling properties, interactions, toxicity and environmental behaviour of engineered nanoparticles), financé par l'UE, a développé des modèles et outils informatiques.

En matière de débit et de précision, l'informatique peut s'avérer plus performante que les essais expérimentaux, sans compter qu'elle réduit les recours à l'expérimentation animale. Le projet a donc développé des algorithmes de calcul liés à 4 domaines thématiques appelés NANODATA, NANODESC, NANOINTER et NANOQSAR. Les chercheurs ont ainsi pu modéliser les relations entre la structure, les propriétés, les interactions moléculaires et la toxicité de certaines catégories de nanoparticules de synthèse.

L'objectif principal du premier thème, NANODATA, était de classer les nanoparticules en fonction des données physico-chimiques et de toxicité disponibles. Le projet a basé son approche sur la spécification ISA-TAB-Nano (Investigation/Study/Assay tab-delimited ) qui concerne le partage de données de recherche sur les nanomatériaux, au format feuille de calcul.

Ce format polyvalent a été utilisé pour recueillir et communiquer des métadonnées complexes tirées de 200 articles, qui ont été transférées dans des fichiers ISA-TAB-Nano. Des approches nouvelles ont également été définies pour estimer la qualité des données.

NANODESC a développé un cadre de caractérisation optimale de la structure des nanoparticules de synthèse, qui utilise les descripteurs adéquats et les catégorise en fonction des ressemblances de structure. Le projet a défini et identifié de nombreux nouveaux groupes de descripteurs pour servir de base aux modèles prédictifs.

NanoINTER a conçu des modèles pour expliquer et prévoir les interactions des nanoparticules de synthèse avec les systèmes biologiques et les petites molécules. Un ensemble de techniques a été proposé pour étudier l'effet de l'environnement sur les systèmes en interaction. Le projet a également développé un protocole pour calculer de façon fiable les propriétés de grands systèmes en interaction.

Le dernier thème, NANOQSAR, a développé des relations quantitatives entre la structure chimique et les cibles toxicologiques. Ceci établira des relations entre les propriétés expérimentales (basées sur des données disponibles et validées) et celles découlant des calculs, améliorant ainsi la compréhension de la toxicité et du comportement des nouvelles nanoparticules. Cette dernière partie du travail unifiera tous les autres résultats du projet.

L'utilisation de ces méthodes permettra de prévoir la toxicité et le comportement des nanoparticules à partir de leur structure et/ou de leurs propriétés physico-chimiques, sans nécessiter des tests empiriques approfondis. Cela permettra de réduire les coûts et de limiter les expériences sur l'animal. Les outils développés seront utiles pour la conception de matériaux, les organismes de réglementation et les consommateurs. Ils conduiront à la conception et l'ingénierie de nanomatériaux sans danger pour l'homme et l'environnement.

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Mots-clés

Nanoparticules, NANOPARTICLES, toxicité, algorithmes, ISA-TAB-Nano, protocole de calcul, nanomatériaux