Les nanomatériaux ont envahi la plupart des produits utilisés dans notre vie quotidienne. On les trouve partout :des cosmétiques (crèmes, dentifrices, et shampoing), composants alimentaires (sucre, ou sel), vêtements, ciment des bâtiments, des peintures, pneus de voiture, huile, produits électroniques (smartphones, filtrer), énergie, pharmaceutique (médicaments, l'imagerie médicale).

L'OCDE a récemment signalé que les nanoparticules sont présentes dans plus de 1300 produits commerciaux dont nous ignorons la toxicité potentielle pour les humains, animaux et environnement. L'absence d'outils fiables pour surveiller les objets nanométriques et le nombre considérable de mécanismes de toxicité possible conduisent à des réglementations controversées en nanotoxicité :par exemple, les nanoparticules dans les crèmes ne traversent pas la peau humaine, mais peut entrer par les poumons ou la couche de mucus. C'est pourquoi la manière exacte dont certaines nanoparticules interagissent avec les tissus humains et les barrières, y compris les membranes cellulaires n'est pas encore bien compris. L'une des raisons est l'énorme difficulté de visualiser des nanoparticules individuelles. En effet, les nano-objets sont en dessous de la limite de diffraction et donc en dessous des capacités des microscopes optiques. Par conséquent, des techniques spéciales et originales doivent être conçues pour voir les événements dans le monde submicronique. Autre difficulté liée aux particules minuscules :elles se déplacent rapidement et les processus qui leur sont associés durent des fractions de secondes :la mesure doit être également rapide.

Sur la base de ces préoccupations, l'équipe de physique théorique de l'Universitat Rovira i Virgili de Tarragone, dirigé par le Dr Vladimir Baulin, le coordinateur du réseau européen ITN SNAL, a conçu un projet de recherche pour étudier l'interaction entre les nanoparticules et les membranes lipidiques. Dans les simulations informatiques, les chercheurs ont d'abord créé ce qu'ils appellent une "bicouche parfaite", dans lequel toutes les queues lipidiques restent en place à l'intérieur de la membrane. Sur la base de leurs calculs, l'équipe du Dr Baulin a observé que de petites nanoparticules hydrophobes peuvent s'insérer dans la bicouche lipidique si leur taille est proche de l'épaisseur de la membrane (environ 5 nanomètres).

Ils ont observé que ces nanoparticules restent piégées dans la membrane cellulaire, communément admis par la communauté scientifique. Mais une surprise apparaît lorsqu'ils étudient le cas des nanoparticules superhydrophobes, car ces nanoparticules pourraient non seulement s'insérer dans la membrane cellulaire mais elles pourraient également s'échapper spontanément de cette membrane.

"Il est généralement admis que plus petite la taille de l'objet, plus facile de franchir les barrières. Ici, nous voyons le scénario inverse :NPs de taille> 5 nm peuvent traverser spontanément la bicouche", explique le Dr Baulin.

C'est là que le Dr Baulin a contacté le Dr Jean-Baptiste Fleury de l'Université de la Sarre (Allemagne) pour confirmer ce mécanisme et étudier expérimentalement ce phénomène unique de translocation. Dr Fleury et son équipe, conçu une expérience microfluidique pour former des systèmes bicouches phospholipidiques, qui peuvent être considérées comme des membranes cellulaires artificielles. Avec cette configuration expérimentale, ils ont exploré l'interaction de nanoparticules individuelles avec une telle membrane artificielle. Les nanoparticules d'or utilisées avaient une monocouche lipidique adsorbée qui garantit leur dispersion stable et empêche leur regroupement. En utilisant une combinaison de microscopie optique à fluorescence et de mesures électrophysiologiques, l'équipe du Dr Fleury pourrait suivre des particules individuelles traversant une bicouche et découvrir leur voie au niveau moléculaire. Et comme prédit par les simulations, ils ont observé que les nanoparticules s'insèrent dans la bicouche en dissolvant leur revêtement lipidique dans la membrane artificielle. Nanoparticules de diamètre égal ou supérieur à 6 nm, c'est-à-dire l'extension typique d'une bicouche, sont capables de s'échapper à nouveau de la bicouche en très peu de millisecondes, tandis que des nanoparticules plus petites restent piégées au cœur de la bicouche.

Cette découverte de la translocation rapide de minuscules nanoparticules d'or à travers des barrières protégeant les cellules, c'est-à-dire bicouche lipidique, peut soulever des inquiétudes quant à la sécurité des nanomatériaux pour la santé publique et peut suggérer de réviser les normes de sécurité à l'échelle nanométrique en attirant l'attention sur la sécurité des nanomatériaux en général.