Paris, 17 septembre 2012

Vers le développement de substituts du bisphénol A

Très présent dans notre environnement domestique, le bisphénol A (BPA) est suspecté d'induire des effets hormonaux chez l'Homme. Des chercheurs de l'Inserm et du CNRS à Montpellier ont étudié au niveau moléculaire les interactions entre le BPA, ses dérivés et le récepteur des estrogènes, une de ses principales cibles. Dans cette étude publiée dans PNAS, les chercheurs décrivent pour la première fois le mode d'action de ce composé à l'échelle moléculaire et présentent un outil bio-informatique capable à la fois de prédire son interaction avec le récepteur en 3D, et d'évaluer les liaisons de potentiels substituts à ce récepteur. Ces résultats permettront à terme d'orienter la synthèse de nouveaux composés conservant leurs caractéristiques industrielles mais dénués de propriétés hormonales.
Le bisphénol A (BPA) est un composé chimique qui entre dans la composition de plastiques et de résines. Il est utilisé par exemple dans la fabrication de récipients alimentaires tels que les bouteilles et biberons. On le retrouve également dans les films de protection à l'intérieur des canettes ou encore sur les tickets de caisse où il est utilisé comme révélateur. De récentes études ont montré que ce composé industriel induit des effets néfastes sur la reproduction, le développement et le métabolisme d'animaux de laboratoires. Le BPA est actuellement fortement suspecté d'avoir les mêmes conséquences sur l'Homme. La fabrication et la commercialisation des biberons produits à base de bisphénol A sont interdits depuis janvier 2011 en Europe. Les études se poursuivent et certaines ont d'ailleurs déjà mis en évidence des taux significatifs de BPA dans le sang, les urines et le placenta humain.

Bien qu'il soit considéré comme un perturbateur endocrinien capable de dérégler certains récepteurs cellulaires en mimant l'action d'hormones naturelles, son mécanisme d'action moléculaire à l'origine de ces effets délétères, restait obscur. En associant des approches complémentaires de biologie cellulaire et structurale, deux équipes montpelliéraines (Unité 896 Inserm/UM1/CRLC "Institut de recherche en cancérologie de Montpellier" et Unité 1054 Inserm/CNRS/UM1 "Centre de biochimie structurale") ont montré comment le BPA et ses dérivés interagissent avec le récepteur des estrogènes et modulent son activité.

Les chercheurs ont d'abord montré, par des tests biologiques, que les régions du récepteur activées par la liaison des bisphénols A, AF et C diffèrent de celles activées par l'estradiol, l'hormone qui s'y fixe naturellement. "Ces résultats suggèrent que les bisphénols pourraient ne pas reproduire tous les effets de l'estradiol dans les différents tissus ciblés et soulignent l'importance du choix des tests biologiques dans l'évaluation du caractère "perturbateur endocrinien" des bisphénols", indiquent Patrick Balaguer et William Bourguet, les deux chercheurs Inserm principaux auteurs de l'étude.  

Pour savoir comment les bisphénols se fixent au récepteur des estrogènes, ils ont ensuite caractérisé au niveau atomique l'interaction par cristallographie aux rayons X. Cette technique, qui a recours à des instruments de pointe tels que le synchrotron ESRF de Grenoble, consiste à obtenir un cristal de protéines (ici d'1/10ème de mm) à partir des composés à analyser et de l'éclairer par un faisceau de rayons X afin d'en déterminer sa structure atomique.

Contrairement aux modèles théoriques conçus à partir de l'analogie avec la structure du récepteur en présence de l'estradiol, le résultat issu de l'analyse cristallographique a permis de visualiser en 3D les structures réelles, très précises du mode de liaison (cf figure) bisphénol-récepteur. A partir de ces résultats, les chercheurs ont développé un outil bio-informatique capable de prédire les interactions entre les bisphénols et leurs différents récepteurs cibles (récepteurs des estrogènes, des androgènes et le récepteur apparenté au récepteur des estrogènes gamma).

"Les résultats de notre étude ainsi que les outils cellulaires, biophysiques et bioinformatiques que nous avons mis au point vont permettre d'orienter la synthèse de nouveaux composés conservant leurs caractéristiques industrielles mais dénués de propriétés hormonales", expliquent Patrick Balaguer et William Bourguet, directeurs de recherche Inserm.

"Nous poursuivons actuellement notre travail pour mettre au jour les structures cristallographiques avec d'autres perturbateurs endocriniens, tels que les alkylphénols, les pesticides, les parabènes ou encore les benzophénones, et ainsi étendre notre programme informatique à ces polluants environnementaux. La mise à disposition de ces résultats devrait également faciliter l'évaluation du caractère "perturbateur endocrinien" de l'ensemble des molécules visées par la réglementation REACH (140 000 composés)", concluent les chercheurs.

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Paris, 11 décembre 2013

Une méthode révolutionnaire pour coller les gels et même les tissus biologiques

Des chercheurs viennent de découvrir une méthode efficace et facile à mettre en œuvre pour coller des gels et des tissus biologiques. Une équipe dirigée par Ludwik Leibler réunissant des chercheurs du laboratoire Matière molle et chimie (CNRS/ESPCI ParisTech) et du laboratoire Physico-chimie des polymères et milieux dispersés (CNRS/ UPMC/ESPCI ParisTech) a obtenu une adhésion très résistante entre deux gels en étalant sur leur surface une solution contenant des nanoparticules. Jusqu'à présent il n'existait aucune méthode entièrement satisfaisante pour obtenir l'adhésion entre deux gels ou deux tissus biologiques. Publiés en ligne sur le site de Nature le 11 décembre 2013, ces travaux pourraient ouvrir la voie à de très nombreuses applications médicales et industrielles.
Les gels sont des matériaux essentiellement composés d'un liquide, de l'eau par exemple, pris dans un réseau moléculaire qui leur confère leur solidité. Les exemples de gels dans la vie de tous les jours sont nombreux : la gélatine des desserts, la gelée de groseilles, les lentilles de contact ou encore la partie absorbante des couches-culottes. Les tissus biologiques comme la peau, les muscles ou les organes présentent de fortes similarités avec les gels. Jusqu'à présent, coller ces matériaux remplis de liquide, mous et glissants, à l'aide d'adhésifs habituels composés de polymères restait une gageure.  

Ludwik Leibler1  est reconnu pour l'invention de matériaux complétement originaux en combinant un intérêt industriel réel et une réflexion théorique profonde. Les travaux qu'il a menés en collaboration avec Alba Marcellan et leurs collègues, du laboratoire Matière molle et chimie (CNRS/ESPCI ParisTech) et du laboratoire Physico-chimie des polymères et milieux dispersés (CNRS/ UPMC/ESPCI ParisTech), ont abouti à un concept inédit : coller des gels en étalant sur leur surface une solution de nanoparticules.

Le principe est le suivant : les nanoparticules de la solution se lient au réseau moléculaire du gel, phénomène appelé adsorption, et, dans le même temps, le réseau moléculaire lie les particules entre elles. Les nanoparticules établissent ainsi d'innombrables connexions entre les deux gels. Le processus d'adhésion ne prend que quelques secondes. Cette méthode est réalisée sans ajout de polymères et elle n'implique pas de réaction chimique.

Une solution aqueuse de nanoparticules de silice, un composé facilement disponible et largement utilisé dans l'industrie, notamment comme additif alimentaire, permet de coller tous types de gels même lorsque ceux-ci n'ont pas la même consistance ou les mêmes propriétés mécaniques. Outre la rapidité et la simplicité de la mise en œuvre, l'adhésion apportée par les nanoparticules est forte, la jonction résistant souvent mieux à la déformation que le gel lui-même. En outre, l'adhésion offre une très bonne résistance à l'immersion dans l'eau. Elle est aussi autoréparable : ainsi deux morceaux décollés peuvent être recollés et repositionnés sans ajout de nanoparticules. Les nanoparticules de silice ne sont pas les seules ayant ces propriétés. Les chercheurs sont parvenus à des résultats similaires en utilisant des nanocristaux de cellulose et des nanotubes de carbone.
Enfin, pour illustrer le potentiel de cette découverte dans le domaine des tissus biologiques, les chercheurs ont recollé efficacement deux morceaux de foie de veau préalablement coupés au scalpel en utilisant une solution de nanoparticules de silice.
 
Cette découverte ouvre de nouveaux champs de recherches et d'applications, notamment dans le domaine médical et vétérinaire, et en particulier en chirurgie et en médecine régénératrice. Il est par exemple envisageable de recoller par cette méthode la peau ou des organes ayant subi une incision ou une lésion profonde. Cette méthode pourrait en outre intéresser les industries agroalimentaires, cosmétiques et les fabricants de prothèses et de dispositifs médicaux (pansements, patchs, hydrogels…).

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Paris, 20 AVRIL 2012

Des nano-fibres plastiques hautement conductrices qui se construisent « toutes seules »

Deux équipes du CNRS et de l'Université de Strasbourg, menées par Nicolas Giuseppone 1 et Bernard Doudin2, ont réussi à fabriquer des fibres plastiques fortement conductrices, de quelques nanomètres d'épaisseur. Ces nano-fils, qui font l'objet d'un brevet déposé par le CNRS, se construisent « tout seuls » sous la seule action d'un flash lumineux ! Peu coûteux à obtenir et faciles à manipuler contrairement aux nanotubes de carbone3, ils allient les avantages des deux matériaux utilisés à ce jour pour conduire le courant électrique : les métaux et les polymères organiques plastiques4. En effet, leurs remarquables propriétés électriques sont proches de celles des métaux. De plus, ils sont légers et souples comme les plastiques. De quoi relever l'un des plus importants défis de l'électronique du 21e siècle : miniaturiser ses composants jusqu'à l'échelle nanométrique. Ces travaux sont publiés le 22 avril 2012 dans l'édition en ligne avancée de la revue Nature Chemistry. Prochaine étape : démontrer que ces fibres peuvent être intégrées industriellement dans des appareils électroniques comme les écrans souples, les cellules solaires, etc.
Lors de précédents travaux publiés en 20105, Nicolas Giuseppone et ses collègues étaient  parvenus à obtenir pour la première fois des nano-fils. Pour ce faire, ils avaient modifié chimiquement des molécules de synthèse utilisées depuis plusieurs dizaines d'années dans l'industrie pour le processus de photocopie Xerox® : les « triarylamines ». A leur grande surprise, ils avaient observé qu'à la lumière et en solution, leurs nouvelles molécules s'empilaient spontanément de manière régulière pour former des fibres miniatures. Ces fils longs de quelques centaines de nanomètres (1 nm = 10-9 m, soit un milliardième de mètre), sont constitués par l'assemblage dit «supramoléculaire » de plusieurs milliers de molécules. 

Les chercheurs ont ensuite étudié en détail, en collaboration avec l'équipe de Bernard Doudin, les propriétés électriques de leurs nano-fibres. Cette fois-ci, ils ont mis leurs molécules en contact avec un microcircuit électronique comportant des électrodes en or séparées de 100 nm. Puis ils ont appliqué un champ électrique entre celles-ci.

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Paris, 16 avril 2012

Première visualisation de la transformation du sable en verre

Déjà connu des anciens Égyptiens, le verre est l'un des matériaux les plus anciens fabriqués par l'homme. Pourtant, sa formation à partir de poudres granulaires chauffées à plus de 1000°C comporte encore des zones d'ombre. Pour la première fois, une équipe pilotée par le laboratoire Surface du verre et interfaces (CNRS/Saint-Gobain) (1), est parvenue à visualiser la formation de ce matériau en temps réel et de l'intérieur même de l'échantillon grâce à la tomographie X, technique d'imagerie 3-D. Ces expériences, réalisées à l'ESRF (European Synchrotron Radiation Facility), permettent de mieux comprendre comment les différentes matières premières réagissent entre elles pour se transformer en verre. L'une des motivations de ces travaux, publiés sur le site de The Journal of the American Ceramic Society, est d'obtenir du verre de bonne qualité à des températures inférieures à celles utilisées actuellement par l'industrie.
Les chercheurs ont étudié un mélange proche de celui utilisé pour fabriquer le verre à vitres, composé de deux tiers de sable de silice, et d'un tiers de carbonates de sodium et de calcium. Dans les fours industriels, ce mélange est porté à 1500°C et doit rester plusieurs jours dans le four pour supprimer les bulles ou les défauts cristallins. Le processus demande donc beaucoup d'énergie, et l'un des enjeux industriels est d'obtenir du verre de bonne qualité à des températures moins élevées. Mais pour cela, il est nécessaire de comprendre les différentes étapes de la transformation des matières premières, ainsi que le couplage entre les réactions chimiques et la microstructure du mélange initial.
Pour ce faire, les chercheurs ont observé, pour la première fois, la réaction en train de se produire grâce à la tomographie X. La puissante ligne de lumière ID15a du synchrotron européen situé à Grenoble, a permis d'obtenir in situ une image en 3D toutes les quinze secondes de la réaction en cours, et ceci avec une résolution spatiale de 1,6 microns. Ainsi, les chercheurs ont pu observer les contacts qui s'opèrent entre les éléments présents, et la transformation de matériaux granulaires en verre fondu.
Ces images uniques révèlent l'importance des contacts entre grains d'espèces différentes. Ce sont eux qui déterminent si les réactions menant à la production du verre liquide se produisent ou pas. Par exemple, selon l'absence ou la présence de tels contacts, le carbonate de calcium peut soit être incorporé à un liquide très réactif, soit produire des défauts cristallins. Les chercheurs ont aussi été surpris de la haute réactivité du carbonate de sodium à l'état solide: sa grande mobilité avant la fonte des matériaux augmente le nombre de contacts avec les autres grains, ce qui favorise les réactions.
Les chercheurs veulent à présent réaliser de nouvelles expériences en faisant varier la taille des grains ou la montée en température. À long terme, ces travaux fondamentaux pourraient donner des clés pour réduire la quantité de défauts produits au début de la formation du verre, et trouver ainsi des procédés de fabrication plus rapides et moins gourmands en énergie. En outre, ils espèrent développer les méthodes d'imagerie et de traitement des données pour permettre aux chercheurs et aux industriels d'imager la transformation d'autres mélanges granulaires réactifs intervenant dans l'élaboration de verres et matériaux différents.

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