Cela ne manque pas de sel : les neutrons révèlent l'influence des ions sur des membranes cellulaires modèles
Illustration de la structure d'une membrane cellulaire
Une équipe de chercheurs a étudié à l'ILL comment le sel modifie la forme des vésicules lipidiques
Toutes les formes de vie, des bactéries aux animaux, contiennent des cellules et des organites, qui sont entourés de membranes. Les principaux constituants de ces membranes sont les lipides, des molécules composées de "têtes" hydrophiles (qui aiment l'eau) et de "queues" hydrophobes (qui craignent l'eau). En présence d'eau, ces molécules forment des structures sphériques creuses et fermées appelées vésicules. Ces vésicules peuvent également être utilisées comme vecteurs pour des médicaments et des vaccins.
Dans les systèmes biologiques, naturels ou artificiels, des substances telles que les sels sont généralement présentes. Normalement, elles ne traversent pas les membranes lipidiques. Si la concentration de ces composants (également appelés « osmolytes ») à l'intérieur et à l'extérieur de la vésicule diffère, une pression dite osmotique se crée et l'eau va imprégner la membrane pour égaliser les concentrations d'osmolytes – si la concentration à l'intérieur de la structure fermée est plus élevée, l'eau va entrer dans la vésicule, la faisant ainsi gonfler ; si, en revanche, la concentration à l'extérieur de la vésicule est plus élevée, l'eau va quitter la vésicule, la dégonflant.
Les vésicules sont souvent produites dans de l'eau pure et, par conséquent, l'influence des osmolytes est rarement étudiée. Cependant, la pertinence biologique des osmolytes implique qu'il est important de comprendre leur influence. Ce sujet a été étudié par Alice Piccinini dans le cadre de sa thèse de doctorat, co-dirigée par Anja Winter à l'Université de Keele, au Royaume-Uni, et Sylvain Prévost à l'ILL. « Nous voulions comprendre comment l'ajout de différents osmolytes, en particulier des sels, mais aussi des molécules électriquement neutres comme le glucose et un oligomère simple, modifie les vésicules constituées de lipides modèles », explique Piccinini, qui est la première auteure d'un article récemment publié basé sur ce travail.
Instrument D22 de l'ILL
L'équipe a utilisé la diffusion de neutrons aux petits angles (SANS) sur l'instrument D22 de l'ILL pour son étude, ce qui leur a permis d'étudier la structure des vésicules tout en conservant leurs échantillons intacts – un avantage particulier des techniques de diffusion. De plus, la dissolution des vésicules dans de l'eau lourde (D2O) au lieu de l'eau normale, légère (H2O) leur a permis de visualiser les couches lipidiques avec plus de détails. Cela leur a permis de tirer des conclusions sur les formes des vésicules lorsqu'elles sont soumises à une pression osmotique.
"Une solution tampon classique utilisée en biologie et pour les produits pharmaceutiques est le PBS (tampon phosphate salin). Le PBS correspond à la salinité et à l'osmolarité du corps humain," explique Sylvain Prévost, scientifique SANS à l'ILL. "Il est intéressant de noter que l'équipe a découvert que la forme et la structure des vésicules dépendaient de la façon dont elles étaient fabriquées (soit dans du D2O, soit dans du PBS) et de la quantité ou du type d'osmolyte ajouté. En présence de PBS, des vésicules avec plusieurs membranes les unes à l'intérieur des autres étaient produites, ce qui est n'est pas souhaité pour la plupart des études scientifiques ou des applications pharmaceutiques. La température et le stress osmotique affectaient la forme des vésicules, qui peuvent former des structures très plates pouvant même aller jusqu'à former des invaginations (la surface se replie sur elle-même pour constituer une cavité, une poche ou un tube).
Ce travail a permis d'obtenir une vision très détaillée du monde souvent bien caché des vésicules lipidiques. « Ce travail ouvre également la voie à d'autres études mécanistiques sur les vésicules lipidiques, nos résultats sont pertinents pour les processus pratiques sous-jacents à la formation des vésicules, tels que la conception de formulations thérapeutiques », résume Alice Piccinini. « L'obtention facile de vésicules très allongées et plates, ou de liposomes à double paroi, peut être un atout pour la libération de médicaments, par exemple."
Résumé graphique de l'article scientifique
Référence: Piccinini, A., Whitten, A. E., Winter, A., & Prévost, S. (2025). The effect of phosphate buffered saline and osmotic stress on phosphatidylcholine vesicles. Journal of Colloid and Interface Science, 691, 137363.
doi.org/10.1016/j.jcis.2025.137363
Instrument ILL: D22
Contact ILL: Sylvain Prévost