Auto-assemblage frustré – FruSA

L'auto-assemblage est la clé des cellules vivantes, où il rassemble des éléments bien ajustés en structures biologiques fonctionnelles. Dans des cas pathologiques plus rares, des protéines mal ajustées s'agrègent également et forment des fibres impliquées dans la maladie d'Alzheimer et d'autres maladies. Si l'auto-assemblage fonctionnel est largement étudié, les principes physiques qui régissent l'auto-assemblage mal ajusté restent largement inconnus.
Notre compréhension actuelle de l'auto-assemblage tourne autour d'exemples impliquant des particules simples et relativement symétriques. Nous considérons ici la limite opposée des particules très complexes et mal ajustées, dont l'agrégation génère une frustration géométrique. Pour échapper à cette frustration, nos premiers résultats théoriques suggèrent qu'elles ont tendance à former des agrégats fibreux. Selon ce principe putatif de "réduction dimensionnelle", les collections de particules complexes se comportent génériquement différemment des collections de particules simples. En effet, alors que l'augmentation des interactions attractives dans ces dernières induit typiquement une transition d'une phase diluée (semblable à un gaz) à une phase dense (liquide ou solide), nous proposons que les premières présentent génériquement un régime supplémentaire, intermédiaire, où se forment des fibres (ou des plans).

Nous étudierons les effets de la frustration géométrique sur l'auto-assemblage et établirons dans quelle mesure la réduction dimensionnelle est réellement universelle. Nous développerons ainsi de nouvelles méthodes théoriques pour aborder les particules complexes dans les domaines de l'élasticité et de la mécanique statistique, et nous sonderons expérimentalement l'auto-assemblage colloïdal et protéique à l'aide de l'impression 3D haute résolution et de la diffusion des rayons X.

Nos travaux révéleront de nouveaux principes d'organisation de la matière, peut-être aussi largement applicables que le concept même de cristallisation. Au-delà d'une meilleure compréhension de la biologie et des maladies, ces principes pourraient fournir des lignes directrices pour l'ingénierie des objets à l'échelle nanométrique et microscopique et conduire à une meilleure maîtrise des processus impliqués dans la fabrication des médicaments et la cristallographie des protéines.