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Sciences physiques et nanotechnologies
La nanotechnologie pour "fonctionnaliser" des cellules vivantes

http://www.bulletins-electroniques.com/actualites/70294.htm

Nombreuses sont les raisons pour lesquelles nous cherchons à maîtriser ce qui se passe à l'échelle cellulaire dans les organismes vivants : pour améliorer la performance des cellules et les rendre plus résistantes, pour dépister, diagnostiquer et traiter des pathologies, etc. Les scientifiques cherchent donc à agir sur les propriétés des cellules, ce qui constitue un défi d'envergure : d'une part cela nécessite d'opérer à des échelles nanométriques, et d'autre part il faut trouver des méthodes compatibles avec le système immunitaire de l'organisme afin de ne pas perturber la reproduction des cellules.

La poursuite de ces objectifs a engendré l'essor d'une nouvelle ère de recherche, les "bionanotechnologies". Globalement, les études dans ce domaine visent à utiliser les outils de la nanotechnologie pour aborder les problèmes médicaux et biologiques. Dans ce but, une partie importante des recherches concerne la fonctionnalisation des cellules, c'est-à-dire l'attribution de nouvelles propriétés grâce à des modifications de la structure de la cellule. Rawil F. Fakhrullin de la Kazan Federal University [1] et Yuri M. Lvov de la Louisiana Tech University [2] proposent une approche ambitieuse, consistant à fabriquer des structures biomimétiques qui s'accrocheraient sur les cellules vivantes afin d'en modifier la structure et de leur conférer ainsi de nouvelles propriétés. Mieux que les méthodes de modifications génétiques, cette approche permet de réaliser de façon indépendante des nanodispositifs aux propriétés adaptées "sur mesure", telles que la sensibilité à la température et au pH, la perméabilité ou la stabilité structurelle.

Afin de ne pas perturber l'organisme, Fakhrullin et Lvov proposent une méthode d'auto-assemblage qui respecte les conditions chimiques du milieu aqueux dans lequel baignent les cellules. Ils utilisent pour cela la fameuse technique de déposition couche par couche ("Lbl deposition", i.e. "layer by layer deposition"). Dans un premier temps, ils réalisent un film plan via l'adsorption séquentielle de couches de composants nanométriques fonctionnels de charges opposées : polyélectrolytes, protéines ou nanoparticules. Ces couches se lient spontanément entre elles grâce aux interactions électrostatiques. Dans un second temps, la cellule est encapsulée par ce film à plusieurs couches : elle se retrouve ainsi "enrobée" d'une couche nanométrique de matériaux fonctionnels, qui lui permet de préserver les nouvelles propriétés acquises pour une ou deux générations cellulaire. En jouant sur l'ordre des couches, les propriétés de la capsule peuvent être contrôlées. Les combinaisons sont quasiment illimitées, d'où l'avantage considérable de la méthode.

Par ailleurs, cette technique d'encapsulation permet aux chercheurs de traiter plusieurs cellules biologiques en parallèle. Il devient alors possible de réaliser des assemblages de cellules fonctionnalisées afin d'obtenir par exemple des structures multicellulaires artificielles ou de concevoir des tissus. D'autres perspectives consisteraient à inclure des nutriments dans la capsule ou encore de la protéger du système immunitaire pour pouvoir l'utiliser comme vecteur de médicaments dans le corps humain ou dans un but thérapeutique. Les cellules fonctionnalisées trouvent ainsi de nombreuses applications : biosorbants, biocapteurs, dans la formation de spores, l'ingénierie tissulaires et le médical. L'une des applications les plus prometteuses concerne les cellules magnétisées : il a récemment été montré comment des cellules humaines fonctionnalisées afin d'être magnétiques pouvaient être alors manipulées par un simple aimant, ouvrant ainsi la voie à de nouvelles thérapies cellulaires [3].

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- [1] Site officiel du "Biomaterials and nanomaterials group" de la "Kazan Federal University" :
http://www.ksu.ru/eng/departments/f1/k7/index.php?id=5&idm=3
- [2] Site officiel du "Institute for Micromanufacturing" de la "Louisianna Tech University"
http://www2.latech.edu/~ylvov/
- [3] Article "A Direct Technique for Magnetic Functionalization of Living Human Cells"
http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/la203839v

Code brève
ADIT : 70294

Article édité en ligne le 21 mai 2012 sur le site ACS Nano, ""Face-Lifting" and "Make-Up" for Microorganisms: Layer-by-Layer Polyelectrolyte Nanocoating" : http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/nn301776y

Catherine Marais, Attaché scientifique adjoint, deputy-phys.mst@consulfrance-houston.org Retrouvez toutes nos activités sur http://france-science.org.

BE Etats-Unis numéro 294 (15/06/2012) - Ambassade de France aux Etats-Unis / ADIT - http://www.bulletins-electroniques.com/actualites/70294.htm