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Architecture tridimensionnelle de nanoparticules individuelles d’acides nucléiques complexés par des lipides


Architecture tridimensionnelle de nanoparticules individuelles d'acides nucléiques complexés par des lipides

Les lipides partagent avec les autres molécules amphiphiles la faculté de s’auto-assembler en solution pour former des agrégats de nature plus ou moins complexe. Ils peuvent être complexés avec de nombreux matériaux différents pourvu que les interactions soient favorables, et engendrent ainsi des systèmes supramoléculaires parfois remarquablement organisés. Plusieurs polyélectrolytes et nanomatériaux tubulaires ont été utilisés en association avec des lipides pour des applications biomédicales et nanotechnologiques, comme par exemple des acides nucléiques pour le transfert de gènes, des filaments d’actine, des microtubules, des nanotubes de carbone ou encore des bâtonnets de tensio-actifs polymérisés. Les phases ainsi auto-assemblées sont souvent déterminées par diffraction des rayons X à très forte fraction volumique afin d’obtenir un bon rapport signal sur bruit car elles constituent alors des cristaux liquides. Pour des applications biomédicales pourtant, les complexes doivent être suffisamment dilués pour limiter les effets toxiques et se présentent sous forme de nanoparticules individuelles. Par conséquent, la diffraction des rayons X conduit souvent à des représentations idéalisées dans lesquelles les détails moléculaires sont moyennés. Les simulations numériques atomistiques permettent d’accéder aisément à des échelles moléculaires mais la taille des systèmes à étudier est limitée par les temps de calcul qui deviennent très rapidement prohibitifs.

 

 

Nanoparticule d’acides nucléiques complexés par des lipides.

 

Gauche : Image en cryomicroscopie électronique montrant l’arrangement hexagonal de l’acide nucléique au sein de la nanoparticule.

Droite : Résultat d’une simulation Monte Carlo illustrant la cristallisation de tubes flexibles comme modèle de nanoparticule.

 

En utilisant la cryomicroscopie électronique, nous avons démontré que la structure interne de nanoparticules individuelles d’acides nucléiques complexés par des lipides est moins ordonnée que couramment admis à travers la diffraction des rayons X. Nous avons par ailleurs élaboré un modèle numérique de tubes flexibles interagissant via une potentiel attractif à courte portée qui conforte les données de microscopie électronique : les nanoparticules présentent un degré d’organisation qui varie depuis des agrégats faiblement ordonnés jusqu’à des faisceaux droits ou bien enroulés et partiellement organisés, selon la rigidité et la longueur des tubes. Ces résultats pourraient s’avérer cruciaux pour concevoir des vecteurs pour le transfert efficace de gènes ou bien pour élaborer des biomatériaux nanostructurés à base de lipides.

 

Contact :

Guillaume Tresset (guillaume.tresset@u-psud.fr)

 

Référence : G. Tresset et Y. Lansac, J. Phys. Chem. Lett. 2 (2011) 41-16.