Transitions liquide-solide par dialyse et rheologie microvolumes de condensats protéine+polyélectrolytes – SoFTmicroDRoP

La dynamique et le vieillissement de condensats complexes de protéines font l'objet de questionnements récents, tant en biologie (assemblages/fibrillations pathologiques au sein de granules ARN-protéine), que pour le développement d'applications (ex. agents stabilisants et formulations concentrées injectables d’anticorps thérapeutiques). Ces condensats formés par assemblage de protéines et polymères flexibles, notamment polyélectrolytes, ont des propriétés intermédiaires entre celles de réseaux gélifiés et de dispersions colloïdales. Leur étude est un défi en raison des faibles quantités accessibles (protéines recombinantes) et de la difficulté à former des phases solides homogènes, sans recours au recuit thermique qui dégraderait les protéines.

Préparées sous forme de microgouttelettes (coacervation liquide), la «solidification» de ces condensats est induite par un changement graduel de composition et densité. Nous proposons pour cela de manipuler des microvolumes (< 1 microlitre), initialement fluides, dans des puces microfluidiques permettant la dialyse ou bien dans un rhéomètre adapté pour un séchage lent homogène (diffusion lente de vapeur d’eau). Par microdialyse, l'homogénéité des phases est obtenue par coalescence puis transition de rigidification controlée par une succession d’équilibres rapides avec divers milieux (variation de tampons pH, salinité), et permet en outre d’évaluer la réversibilité des phénomènes par des cycles aller-retour sur les conditions de milieux. Nous étudierons des modèles protéiques représentatifs d’instabilité à l’agrégation et de fibrillations (anticorps monoclonal thérapeutique, a-synuclein) dont la coacervation s’effectue par l’ajustement d’interactions avec la poly(Lysine) ou le poly(Glutamate).

Les résultats attendus sont :
1) l’exploration de diagrammes de composition, caractérisant les transitions (coacervation, gel, vitrification, fibrillation, agrégation) via des mesures de viscosité (tracking de microparticules), de diffusivité (par FRAP, et microscopie différentielle dynamique), ainsi que des mesures de visco-élasticité sur microgouttes,
2) la validation de modèles de rigidification (ralentissement graduel des dynamiques vs percolation d’amas solides) éclairée par les mesures de visco-élasticité, et l’imagerie optique d’aggrégats durant une concentration par séchage,
3) les développements instrumentaux : cellules de microdialyse parallélisant le mélange de tampons ou l’exposition à des séquences complexes de dialyse ; montage d’un rhéomètre assurant une sensibilité de mesure de module # 100 Pa sur une microgoutte, intégrant une cellule de (post)chargement in situ pour soit stopper le séchage ou exposer l’échantillon à une solution de « stresser », et finalement incorporant un le canal de microdialyse. Cette dernière étape qui offre la possibilité de mesures mécaniques sous dialyse in situ, ouvrirait un champ d’étude plus vaste concernant de nombreux systèmes colloidaux sensibles à leur environnement.