Laboratoire Matériaux et Phénomènes Quantiques

Malgré la croissance exponentielle des applications industrielles et biomédicales des nanomatériaux inorganiques, leur impact sur la santé reste mal connu en raison du manque de méthodes pour étudier aux échelles appropriées les interactions entre des espèces synthétiques et vivantes au sein de milieux biologiques complexes. En collaboration étroite avec le groupe de Florence Gazeau du laboratoire Matière et Systèmes Complexes (Université Paris Diderot), nous avons développé des méthodes nano-métrologiques originales pour étudier la relation entre la structure de nanomatériaux et leur cycle de vie dans l’organisme. Basée sur notre savoir-faire en science des matériaux, cette approche multi-échelle combine des analyses élémentaires et des mesures magnétiques et optiques pour quantifier la biodistribution et la transformation des nanomatériaux au niveau des organes (échelle macroscopique), avec les multifonctionnalités de la microscopie électronique pour révéler les processus de biodégradation et de recyclage à l’échelle atomique. Pour bien comprendre ces mécanismes de biotransformation, nos analyses multi-échelles sont réalisés dans des milieux biologiques de complexité croissante : (i) des solutions modèles mimant l’environnement cellulaire rencontré par les nanomatériaux ; (ii) des cultures cellulaires (analyses in vitro) et (iii) directement chez la souris (analyses ex vivo). En plus des études de microscopie électronique conventionnelles, le groupe MeANS a développé des méthodes de microscopie électronique in situ permettant de suivre directement le comportement des nanomatériaux dans des solutions modèles et même in vitro. Cette méthodologie est appliquée à des nanomatériaux ayant des applications biomédicales prometteuses, en particulier des nanostructures magnétiques (nano-oxydes de fer et de cobalt), plasmoniques (or, argent…) et graphitiques (nanotubes, graphène…). Ces recherches interdisciplinaires sont de toutes premières importances pour la science des matériaux qui doit savoir si et comment les propriétés des nanostructures évoluent in vivo, mais aussi pour la biomédecine qui doit évaluer les effets et risques potentiels des nanomatériaux pour la santé.

Haut gauche : Nanoparticules d’oxide de fer au sein d’un lysosome intracellulaire issu de la rate d’une souris. Haut droite : Vésicules extracellulaires décorées de nanoparticules d’or observé directement dans un milieu de culture cellulaire. Bas : Dégradation oxydative d’un nanotube de carbone encapsulant des nanoparticules de fer.

Projets :
ANR NANOTHERMOTHERAPY (2011-2014)
CNRS Defi Nano NanoMetroBio (2013 - 2015)
ANR CyCLYS (2019 - 2021)

Principaux collaborateurs :
Florence Gazeau (MSC, Univ. Paris 7).

Principales publications :

Unexpected intracellular biodegradation and recrystallization of gold nanoparticles
Alice Balfourier, Nathalie Luciani, Guillaume Wang, Gerald Lelong, Ovidiu Ersen, Abdelali Khelfa, Damien Alloyeau, Florence Gazeau and Florent Carn
PNAS 2019 doi.org/10.1073/pnas.1911734116