De minuscules particules de seulement un millionième de millimètre de diamètre, appelées nanoparticules, sont abondantes dans les vêtements que nous portons et même dans la nourriture que nous mangeons. De nouvelles recherches publiées dans PCCP indiquent que les nanoparticules sont capables de modifier leur liaison aux surfaces avec des protéines abondantes dans le sang selon que la protéine est liée ou non aux molécules de graisse à ce moment-là. Les résultats indiquent comment les nanoparticules interagissent avec les protéines sanguines dans le corps en influençant l'efficacité du transport des nanoparticules vers les surfaces.
Les travaux sous-tendent de nombreux aspects de l'adhésion protéine-nanoparticules. Par exemple, l'incertitude entoure la sécurité des nanoparticules dans les fumées des véhicules et une gamme de produits du quotidien. Les toxicologues craignent que l'exposition ne conduise à des nanoparticules entrant dans la circulation sanguine et s'agrégeant dans le foie, entraver le fonctionnement de l'organe. Cependant, il existe également un grand intérêt à utiliser des nanoparticules en médecine pour administrer des médicaments à des régions subcellulaires spécifiques, comme le noyau.
Dans de nouvelles recherches, des scientifiques de l'Australian National University et de l'Institut Laue-Langevin (ILL) ont testé un mécanisme possible de liaison des nanoparticules, connue sous le nom d'hypothèse de la « couronne protéique ». Cette théorie suggère que les nanoparticules sont capables de pénétrer dans les cellules parce qu'elles se lient aux protéines et y sont enveloppées, en les déguisant des récepteurs. Une incertitude clé était de savoir si cette structure corona était également répandue sur les surfaces ou s'il y avait un comportement différent.
Contrairement à de nombreuses expériences sur les cristaux de protéines, ces expériences ont été menées dans des environnements qui imitaient plus étroitement le sang humain. Ils ont utilisé des nanoparticules de silice de seulement 20 nanomètres de diamètre, semblables à ceux que l'on trouve dans l'industrie, dans des solutions tampons aqueuses impliquant des sels à des niveaux physiologiques pour voir comment ils interagissent avec la protéine la plus abondante dans notre sang, albumine sérique humaine (HSA). Le rôle principal de la HSA est de se lier aux molécules de graisse dans le sang et de les transporter vers différentes parties du corps, et cette liaison fait changer la forme de la protéine. Les deux types de HSA - avec et sans graisse - ont été étudiés dans cette recherche pour déterminer s'ils interagissaient différemment avec les nanoparticules sur les surfaces.
Deux expériences complémentaires ont été menées sur le mélange tampon-protéine-nanoparticules pour analyser différents aspects du procédé.
Les résultats ont montré que plusieurs facteurs sont importants dans la liaison. Premièrement, la charge sur la nanoparticule de silice détermine comment elle interagit avec les protéines sur les surfaces. Les particules de silice utilisées dans l'étude avaient une légère charge négative et ont été attirées par les domaines chargés positivement de la HSA même si elle a également une charge négative nette. Pourtant, la forme grasse de la protéine a sa charge modifiée par la graisse elle-même, et dans ce cas, seules les interactions de surface étaient indépendantes du rapport protéine:nanoparticule dans la solution. Deuxièmement, la forme grasse de la protéine est plus stable et moins susceptible de se déployer. Par conséquent, la protéine est moins capable de transporter des nanoparticules à l'interface afin d'adopter des conformations optimales à l'interface lorsque la concentration effective de nanoparticules change. Ces résultats suggèrent que la conception de la surface pourrait être importante pour minimiser les effets toxiques des nanoparticules et également maximiser le potentiel thérapeutique de ces particules.
Professeur John White, Professeur de Chimie Physique et Théorique, École de recherche en chimie, Université nationale australienne, dit, « Comme les résultats toxiques ont été corrélés avec la petite taille et les problèmes d'accumulation de particules, les expériences ont été menées sur de petites nanoparticules de silice produites industriellement et couramment disponibles. protéine. "
Dr Richard Campbell, Scientifique instrumentiste FIGARO, MALADE, dit, « Une partie critique de la recherche était de pouvoir effectuer les mesures sur les molécules de protéines dans des conditions proches de leur environnement physiologique. Les études structurelles sur les protéines nécessitent souvent que la molécule soit sous une forme cristalline non naturelle, mais le puissant réflectomètre FIGARO de l'ILL a permis nous pour étudier l'interaction de la HSA avec les nanoparticules à la surface libre d'une solution tampon qui imitait plus fidèlement le sang."
méthodes expérimentales
La quantité de deutérium – « l'hydrogène lourd » – dans la solution tampon a été modifiée pour exploiter une propriété appelée variation de contraste isotopique. Les neutrons sont diffusés différemment par les atomes d'hydrogène et de deutérium et en modifiant le rapport H2O sur D2O dans le tampon, le signal de réflexion des molécules en question peut être amélioré par rapport à la diffusion de la solution. Cela permet l'acquisition d'informations structurelles et de composition uniques qui ne peuvent être déterminées par aucune autre technique expérimentale.
