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L’interactome protéique des nanoparticules et son rôle dans leur impact cellulaire


​Deux équipes de recherche animées par Odette Prat de l'Institut de biosciences et biotechnologies (BIAM)  et Jean Armengaud de l'institut Frédéric Joliot (LI2D, Marcoule) se sont associées dans le cadre d'un financement ANR afin de faire progresser les connaissances sur l'importance de la nature des couronnes protéiques sur l'impact cellulaire des nanoparticules. Les résultats issus de leurs trois récentes publications révèlent un nouveau concept : «l'interactome protéique appliqué à la corona des nanoparticules».

Publié le 20 octobre 2017

​Les nanoparticules magnétiques de silice constituent des matériaux prometteurs pour la médecine : vecteurs spécifiques de médicaments, agents de contraste pour l'imagerie médicale, ou agents de traitements physiques en oncologie. Des nanoparticules couplées à des médicaments pourraient être dirigées vers un organe malade afin d'y délivrer localement des molécules thérapeutiques à faible dose, évitant ainsi les effets secondaires. Toutefois, lors de leur circulation dans l'organisme, ces nanoparticules attirent inéluctablement à leur surface les protéines présentes dans le milieu biologique, s'entourant ainsi d'une couronne protéique, dont la composition varie en fonction de leur nature et de leur environnement. Cette couronne modifie leurs propriétés et leur devenir dans l'organisme. En particulier, elle provoque leur élimination rapide par les macrophages.

La protéomique de dernière génération qui s'appuie sur des spectromètres de masse ultra-performants permet une caractérisation approfondie de la composition de ces couronnes. En étudiant leur composition en fonction du milieu dans lequel elles sont placées, mais également la dynamique de leur formation, les chercheurs ont démontré que le milieu utilisé dans les tests in vitro classiques pouvait avoir un impact direct sur leur toxicité. En effet, comparée à une couronne de protéines bovines, une couronne de protéines humaines réduit considérablement la toxicité de nanoparticules de silice vis-à-vis de cellules hépatiques humaines. Pourtant le sérum de veau fœtal est conventionnellement utilisé pour ces tests in vitro. Ceci conduit à penser que, dans ces conditions, ces tests surestiment la toxicité des nanoparticules (Figure 1) et que de meilleures formulations sont à rechercher.

Figure 1. Les nanoparticules magnétiques de silice aux couronnes préformées avec des protéines d'origine humaine sont moins toxiques que celles formées avec des protéines hétérologues.


En étudiant la dynamique de formation de ces couronnes, les chercheurs ont montré que les nanoparticules adsorbent très rapidement des protéines pour lesquelles elles ont des affinités physico-chimiques. Toutefois ces protéines, à leur tour, piègent de nouvelles protéines avec lesquelles elles interagissent au fil du temps, créant donc un véritable réseau fonctionnel (Figure 2).

Figure 2. Les constituants majeurs de la couronne protéique de nanoparticules magnétiques de silice après 30 s de contact avec du sérum humain. L'échelle représente les abondances relatives des protéines identifiées par spectrométrie de masse.

Ce concept novateur d'« l'interactome protéique appliqué à la corona des nanoparticules» a fait la Une du journal Nanoscale (Figure 3). Désormais, son exploitation peut conduire à des propositions plus rationnelles pour expliquer la toxicité des nanoparticules. Enfin, ce concept pourrait permettre de concevoir des nanomédicaments avec une couronne protéique prédeterminée afin de les rendre moins visibles par le système immunitaire, plus furtives donc, et d'atteindre plus efficacement leur cible tumorale. 


Ce travail a fait l'objet d'un Fait Marquant DRF.

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