Nanomatériaux de morphologie contrôlée pour comprendre et prédire la couronne protéique – CoroNa

Ces dernières années ont été marquées par un impact puissant des nanomatériaux (NMs) dans le domaine biomédical. Cela a conduit les chercheurs à concevoir une pléthore de NMs ayant différentes propriétés, souvent sans anticiper la complexité de leurs comportements in vivo. En effet, suite à une exposition à des fluides biologiques, les NMs ayant une identité synthétique donnée acquièrent immédiatement une nouvelle identité car des milliers de protéines sanguines se lient à sa surface conduisant à la formation d'une couronne protéique. Cette identité biologique modifie les propriétés des NMs et affecte de manière critique leur devenir biologique.

Parmi les critères définissant l'identité synthétique, la morphologie a été plus récemment considérée comme un paramètre clé pour contrôler les comportements in vivo des NMs. Néanmoins, la connaissance et la compréhension des mécanismes fondamentaux régissant la cinétique, la composition et la conformation des protéines adsorbées sur des NMs de morphologie non sphérique ont été très peu explorées. L'hypothèse du projet est que la morphologie des NMs aura un impact significatif sur la composition et la conformation de la couronne protéique et, par conséquent, sur leur comportement biologique.

Dans ce contexte, ce projet a trois objectifs principaux :
- comprendre les mécanismes fondamentaux régissant la cinétique, la composition et la conformation des protéines adsorbées à la surface des NMs avec une morphologie non-sphérique. De nouveaux paramètres tels que la forme, le rayon de courbure et la présence d’angles plus ou moins pointus des NMs composés de polymères et de polysaccharides seront considérés pour la première fois
- étudier les conséquences biologiques de la couronne protéique formée sur des NMs de morphologie contrôlée
- développer de nouveaux modèles mathématiques corrélant les propriétés des NMs, la couronne protéique et les conséquences biologiques

Ccomprendre si la morphologie des NMs a un impact sur la couronne protéique et les comportements biologiques nécessite des outils technologiques robustes pour les fabriquer. Non seulement en modifiant la morphologie des NMs, mais aussi les dimensions, les propriétés de surface et les propriétés mécaniques, car ces paramètres sont interconnectés. Cette stratégie offre un aperçu des paramètres les plus importants impliqués dans la formation de la couronne protéique et permettra une prédiction précise du devenir in vivo des NMs menant à leur conception rationnelle. Cependant, fabriquer des NMs avec un contrôle simultané de ces paramètres représente un challenge considérable dans le domaine des nanotechnologies.

Malheureusement, les technologies disponibles n'ont pas réussi à résoudre ces problèmes. Dans ce contexte, les partenaires impliqués dans cette proposition ont développé des approches complémentaires basées sur l'auto-assemblage supramoléculaire, la déformation physique des NMs et la lithographie électronique pour concevoir des NMs contrôlés par la morphologie et ayant une identité synthétique spécifique. Après des caractérisations de la couronne protéique et des évaluations biologiques et toxicologiques, des approches théoriques permettront de corréler l'identité synthétique des NMs à la couronne protéique et aux conséquences biologiques.

Ce projet multidisciplinaire qui réunit 3 équipes académiques (IGPS, IPCM et C2N) apportera de nouvelles connaissances scientifiques fondamentales sur les mécanismes régissant la cinétique, la composition et la conformation de la couronne protéique formée à la surface des NMs de morphologie non sphérique. Ces connaissances conduiront à de nouvelles applications pour exploiter la couronne protéique et ouvriront la voie pour des stratégies alternatives pour le ciblage. Contrôler l'adsorption des protéines par une conception rationnelle de NMs avec une identité synthétique spécifique qui favorise la sélection de protéines endogènes apportera des avantages thérapeutiques prometteurs.