L'utilisation de nanoparticules est répandue en nano-médecine, notamment pour le diagnostic in vivo, la libération ciblée de médicaments ou l'imagerie moléculaire.
Or, lorsqu'une nanoparticule est injectée dans un milieu biologique comme le sang ou un mucus, elle est instantanément recouverte de protéines adsorbées à sa surface, qui lui confèrent une « identité biologique » spécifique. Cette « couronne » protéique (corona) peut conditionner la bio-distribution ainsi que l'éventuelle toxicité de la nanoparticule.
De nombreux facteurs peuvent influencer la composition et la structure des couches de protéines adsorbées. Parmi ceux-ci, la taille des protéines, dont plusieurs indices suggéraient l'importance dans la composition et la structure de la corona, n'avait jamais été spécifiquement explorée.
Dans cette étude, les chercheurs ont choisi d'observer les interactions entre des nanoparticules de silice de taille homogène avec des protéines de la famille des hémoprotéines dont seul le rayon variait d'un facteur 10. Ils ont pour cela déployé une batterie de techniques : isothermes d'adsorption, calorimétrie par titrage isotherme, dichroïsme circulaire et cryo microscopie électronique à transmission. Résultat : les mécanismes d'adsorption des petites et grandes protéines sont totalement distincts !
Les protéines de petite taille forment des monocouches homogènes sur la surface des nanoparticules grâce à des processus de reconnaissance chimique, en adaptant éventuellement leur structure. Les grosses protéines, dont la taille est de l'ordre de celle des nanoparticules, ont tendance à former des coronas incomplètes. Elles peuvent également se lier à plusieurs nanoparticules, ce qui conduit à des arrangements plus ouverts, conservant de multiples degrés de liberté.
La formation de la couronne protéique, étudiée dans ce travail en fonction d'une seule variable, la taille des protéines, influence bel et bien l'agrégation de nanoparticules de silice, conditionnant ainsi leur distribution dans les organismes vivants et les milieux naturels.
Ces travaux ont été réalisés par deux équipes de l'Iramis – du NIMBE (Nanosciences et innovation pour les matériaux, la biomédecine et l'énergie) et du Laboratoire Léon Brillouin, tous deux UMR CEA-CNRS – et des chercheurs de l'Institut de biologie intégrative de la cellule (I2BC, UMR CNRS-CEA-Université Paris-Saclay).