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Interface physique - biologie

 

Permanents Post-doctorants Doctorants
Dominique Bazin

Doru Constantin

Pascale Launois

Erwan Paineau

Stéphan Rouzière

Jean-François Sadoc

Michèle Veber

  Elise Azar

Faits marquants

 

Morphogénèse de molécules biologiques

Plusieurs longues molécules chirales d’origine biologique, comme l’ADN par exemple, s’agrègent sous forme de tore : les termes physiques de cette remarquable morphogénèse sont étudiés [1].

Du collagène à la phyllotaxie

La forme de la section transversale d’un faisceau de fibres dense est supposée réfléchir la symétrie de son assemblage moléculaire. Toutefois ce n’est pas observé dans le cas des fibrilles de type I du collagène qui ont une section circulaire tandis que les études structurelles suggèrent que les molécules peuvent être assemblés avec un ordre latéral à longue portée, pratiquement hexagonal. La phyllotaxie est une méthode d’organisation qui implique un élargissement de la notion d’ordre latéral de longue portée au-delà de celle utilisée pour les cristaux classiques. Un ordre local approximativement hexagonal y est associé à une symétrie radiale élevée de l’objet global, donc sans facettes à sa surface. Nous examinons comment la notion de phyllotaxie ayant son origine en botanique peut être étendue aux structures compactes de taille finie comme les fibrilles de collagène.

L’étude approfondie de la phyllotaxie conduit alors à une extension des notions de symétrie apparentée aux quasicristaux.

Étude de la toxicité des nanotubes sur l’homme et l’environnement

Les utilisations industrielles en expansion des nanotubes de carbone ainsi que leurs applications potentielles en médecine rendent urgente l’évaluation des risques toxicologiques associés. Deux approches sont développées au laboratoire, en collaboration avec des biologistes et médecins (Unité INSERM 955) :

Etude de la toxicité des nanotubes de carbone. Il s’agit de l’étude in vitro, au niveau cellulaire, de la relation entre les effets respiratoires des nanotubes de carbone et leurs caractéristiques physico-chimiques. Les interactions nanotubes-cellules sont étudiées en synchrotron par microfluorescence X et des résultats nouveaux sur le rôle du calcium dans le mécanisme de toxicité des nanotubes ont pu être mis en évidence. La longueur et la rigidité sont aussi des paramètres critiques pour la toxicité des nanotubes de carbone, comme dans le cas de l’amiante. Nous avons montré que d’autres paramètres (oxidation, défauts...) sont à prendre en considérations, qui jouent un rôle important dans les processus d’inflammation induite par les nanotubes. Nous avons enfin montré que les nanoparticules de fer initialement rattachées aux nanotubes de carbone monoparois se retrouvent à l’état libre dans le cytoplasme et le noyau de macrophages de souris exposés à ces nanotubes.

Calcifications pathologiques

L’émergence des nouvelles technologies dans le domaine médical a permis un nouveau paradigme concernant les calcifications pathologiques. Sur le plan clinique, on peut distinguer au moins deux configurations dans lesquelles soit la calcification est la conséquence directe de la pathologie (calculs rénaux composés de DHA), soit elle est associée à une pathologie dont elle signe éventuellement la sévérité. Le spectre des pathologies qui sont susceptibles d’induire des calcifications pathologiques est étendu : cancer, infections, maladies environnementales et génétiques.

  • Quel intérêt pour le clinicien ? Préciser les caractéristiques physicochimiques de ces formes de dépôts minéraux anormaux, calciques ou non, dans un tissu ou un organe constitue une recherche de choix permettant soit de poser un diagnostic médical précoce car cette caractérisation peut désormais s’effectuer à l’échelle subcellulaire.
  • Quel intérêt pour le physicochimiste ? En décrivant à différentes échelles (du macroscopique à l’échelle atomique) de manière originale les conditions pathogéniques qui sous-tendent leur genèse, une recherche fondamentale sur les processus de réactivité de surface entre éléments traces et nanocristaux (catalyse et stockage) ou encore sur la conception de modèles bio-inorganiques est engagée.

Interactions entre inclusions transmises par des membranes lipidiques

Les bio-molécules (protéines membranaires, peptides anti-microbiens, etc.) insérées dans la membrane cellulaire provoquent une déformation de cette dernière et engendrent ainsi une interaction élastique [2] [3].

Nous avons initié une collaboration inter-disciplinaire faisant intervenir des physiciens expérimentateurs et théoriciens, des chimistes et des biophysiciens et soutenue par le projet ANR MEMINT (2013-2016) dans le but de comprendre cette interaction à tous les niveaux.