Des nanoparticules d'une taille inférieure à 100 nanomètres sont utilisées pour concevoir de nouveaux matériaux et nanotechnologies dans divers secteurs. Leur petite taille fait que ces particules ont un rapport surface/volume très élevé et leurs propriétés dépendent fortement de leur taille, forme et molécules liées. Cela offre aux ingénieurs une plus grande flexibilité lors de la conception de matériaux pouvant être utilisés dans notre vie quotidienne. Les nanoparticules se trouvent dans les crèmes solaires et les cosmétiques ainsi qu'à l'intérieur de notre corps, comme véhicules d'administration de médicaments et comme agents de contraste pour les produits pharmaceutiques. Les nanoparticules d'or s'avèrent être un outil de nouvelle génération en nano-ingénierie en tant que catalyseur efficace à de si petites dimensions. Cependant, les nanomatériaux présentent également un risque potentiel, car leurs interactions avec la matière vivante et l'environnement ne sont pas entièrement comprises, ce qui signifie qu'ils pourraient ne pas fonctionner comme prévu, par exemple dans le corps humain.

Alors que les scientifiques ont pu affiner et concevoir les propriétés des nanoparticules en modifiant leur taille, forme, chimie de surface et même état physique, une telle variété de possibilités signifie qu'il devient également extrêmement difficile de dicter avec précision le comportement des particules à cette petite échelle. Ceci est particulièrement préoccupant car nous comptons sur l'utilisation potentielle de nanoparticules dans le corps humain. Les nanoparticules d'or sont de bons vecteurs de grandes et petites molécules, ce qui les rend idéales pour le transport de médicaments vers les cellules humaines. Cependant, prédire dans quelle mesure ils sont ensuite absorbés par les cellules et leur toxicité, est difficile, tout comme la compréhension des risques associés à l'utilisation de ces nanomatériaux pour la santé.

Une collaboration européenne de chercheurs, dont des scientifiques de l'Institut Laue-Langevin (ILL), Université de Tampere, Université d'Helsinki, Université norvégienne des sciences et de la technologie, et Université Grenoble Alpes, ont étudié les influences physiques et chimiques lorsque des nanoparticules d'or interagissent avec une membrane biologique modèle afin d'identifier les mécanismes comportementaux en cours. Mieux comprendre les facteurs qui déterminent si les nanoparticules sont attirées ou repoussées par la membrane cellulaire, qu'ils soient adsorbés ou internalisés, ou s'ils provoquent une déstabilisation membranaire, nous aidera à garantir que les nanoparticules interagissent avec nos cellules de manière contrôlée. Ceci est particulièrement important lors de l'utilisation de nanoparticules d'or pour l'administration de médicaments, par exemple.

Comme indiqué dans le journal Petit , les chercheurs ont utilisé une combinaison de techniques de diffusion de neutrons et de méthodes informatiques pour étudier l'interaction entre des nanoparticules d'or cationiques chargées positivement et des membranes lipidiques modèles. L'étude a montré comment la température et la charge lipidique modulent la présence de barrières énergétiques qui affectent l'interaction de la nanoparticule avec la membrane. Par ailleurs, différents mécanismes moléculaires pour les interactions nanoparticules-membranes sont révélés qui expliquent comment les nanoparticules s'internalisent dans les membranes lipidiques, et comment ils agissent en coopération pour déstabiliser une membrane lipidique chargée négativement.

Utilisation de la dynamique moléculaire (MD), une méthode de simulation numérique pour étudier le mouvement des atomes, les chercheurs ont démontré comment les nanoparticules d'or interagissaient au sein du système au niveau atomique. Cela donne un outil complémentaire pour interpréter et expliquer les données obtenues sur des systèmes réels par réflectométrie neutronique. Cette étude montre de manière convaincante que la combinaison de la diffusion des neutrons et des méthodes de calcul permet une meilleure compréhension qu'une seule des méthodes seules.

Giovanna Fragneto, Le directeur de Soft Matter Science and Support à l'ILL a déclaré :« Les nanoparticules s'avèrent être un outil inestimable pour nous aider à relever un certain nombre de défis sociaux. Par exemple, ainsi que des mécanismes d'administration de médicaments, les particules d'or peuvent s'avérer utiles pour l'imagerie du cancer. Avec tant de promesses pour l'avenir, il est important que nous développions les outils pour mieux étudier les nanomatériaux, afin que nous puissions les exploiter efficacement et en toute sécurité. Ceci est rendu possible grâce aux développements des techniques de science neutronique et aux progrès de l'environnement et de la préparation des échantillons, effectuées dans des installations telles que l'ILL.

Marco Maccarini, chercheur à l'Université Grenoble Alpes, a déclaré : « Il existe des milliers de nanoparticules différentes de différentes tailles et compositions, qui ont tous un impact différent sur les cellules. La complémentarité des techniques informatiques et neutroniques mise en évidence dans cette étude a permis de mieux comprendre ce qui influence le comportement des nanoparticules. Cela nous aidera à prédire comment les cellules interagiront avec les nanoparticules à l'avenir. »