La prise de conscience croissante des effets biologiques et de la toxicité des nanomatériaux interagissant avec les cellules met l'accent sur les mécanismes par lesquels les nanomatériaux peuvent traverser les membranes lipidiques. Outre l'endocytose dépendante de l'énergie bien discutée pour les grands objets et la diffusion passive à travers les membranes par les molécules de soluté, il existe d'autres mécanismes de transport basés sur des principes physiques. Une équipe de physique théorique de l'Universitat Rovira i Virgili de Tarragone, dirigé par le Dr Vladimir Baulin, a conçu un projet de recherche pour étudier l'interaction entre les nanotubes et les membranes lipidiques. Dans les simulations informatiques, les chercheurs ont étudié ce qu'ils appellent une "bicouche modèle" composée d'un seul type de lipide. Sur la base de leurs calculs, l'équipe a observé qu'un nanotube ultra-court (longueur 10 nm) peut s'insérer perpendiculairement au noyau de la bicouche lipidique.

Ils ont observé que ces nanotubes restent piégés dans la membrane cellulaire, communément admis par la communauté scientifique. Mais quand ils ont étiré leur membrane cellulaire modèle, les nanotubes qui étaient piégés dans la bicouche ont soudainement commencé à s'échapper des deux côtés. Cela signifie qu'il est possible de contrôler le transport d'un nanomatériau à travers une membrane cellulaire en ajustant la tension membranaire.

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 de transport médié par la tension. Le Dr Fleury et son équipe ont conçu une expérience microfluidique avec une bicouche phospholipidique bien contrôlée, un modèle expérimental de membranes cellulaires, et ajouté des nanotubes de carbone ultra-petits (10 nm de longueur) en solution. Les nanotubes 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 pourrait suivre un nanotube individuel traversant une bicouche et découvrir leur voie au niveau moléculaire. Et comme prédit par les simulations, ils ont observé que les nanotubes pénétraient dans la bicouche en dissolvant leur revêtement lipidique dans la membrane artificielle. Lorsqu'une tension de 4mN/m a été appliquée à la bicouche, les nanotubes se sont spontanément échappés de la bicouche en quelques millisecondes seulement, tandis qu'à des tensions inférieures, les nanotubes restent piégés à l'intérieur de la membrane.

Cette découverte de la translocation de minuscules nanotubes à travers des barrières protégeant les cellules, c'est-à-dire les bicouches lipidiques, peut soulever des inquiétudes quant à la sécurité des nanomatériaux pour la santé publique, et suggérer de nouveaux mécanismes mécaniques pour contrôler l'administration du médicament.