Étude expérimentale et théorique de la stabilité et la rigidité des membranes lipidiques dans différents conditions

Dans ce travail, nous avons mesuré la rigidité de liposomes blancs EggPC et de liposomes du même type encapsulant la quercétine. Ceci a été réalisé en mesurant le module d’Young à partir des courbes de forces en mode Force Spectroscopie de la Microscopie à Force Atomique AFM. En parallèle, nous avons calculé le module de flexion k_c des couches phospholipidiques qui imitent la formulation EggPC, tout en utilisant la Dynamique Moléculaire MD. Notre étude a été lancée suite à un large intervalle de valeurs rapportées dans la littérature au module de flexion k_c, calculées par différentes méthodes ou conditions, pour la même composition lipidique. A cet effet, nous avons mesuré la rigidité (module d’Young) des liposomes Egg PC en utilisant quatre types de sondes AFM : deux pointes de forme pyramidale et deux pointes de forme conique, chaque pointe est montée sur un levier ayant une constante de force 0,08 ou 0,32 N/m. Le traitement des courbes de forces obtenues, a été réalisé en utilisant aussi deux modèles mathématiques ; celui de Hertz ou de Shell. Les résultats ont montré que la forme de la pointe AFM, la constante de force du levier ainsi que le modèle mathématique choisi affectent la valeur mesurée de la rigidité en AFM. En Dynamique Moléculaire, nous avons utilisé la méthode de flambement, qui impose une optimisation préliminaire réalisée pour la boîte de simulation dans toutes les dimensions. Nous avons étudié ensuite la variation du module de flexion k_c en fonction de la composition d’une bicouche, contenant les phospholipides les plus courantes. Nous avons exploré la variation de kc en fonction de la composition des mélanges lipidiques : une série de mélanges contenant différentes phosphatidylcholines aussi bien que les phosphatidylcholines et le cholestérol. Nous avons constaté que dans le cas de mélanges homogènes, les valeurs de k_c peuvent être prédites à partir de la pondération moyenne des modules des deux composantes. Alors que dans le cas des mélanges à phases séparées, la rigidité apparente est plus proche de la valeur de la composante la plus molle. La comparaison entre les résultats mesurés par AFM et ceux calculés par la simulation MD pour le module d’élasticité k_c d’une part ainsi que la comparaison avec des mesures AFM de ce paramètre disponibles dans la littérature, nous a mené à des conditions expérimentales optimales de mesure. Dans ces mêmes conditions, nous avons abordé l’effet de la quercétine sur la rigidité d’une membrane. Nos observations AFM ont montré aucun effet de la quercétine sur la morphologie et la structure des liposomes mais les courbes de forces indiquent une diminution de la rigidité des vésicules contenant cette molécule. Des simulations numériques sur des membranes contenant des concentrations de quercétines respectives de 4, 8, 12 et 16% ont montré que les propriétés structurales et dynamiques de la membrane lipidique sont affectées par la présence de quercétine et varient en terme de concentration de quercétine dans la membrane. Quant à la rigidité de cette dernière, les calculs numériques ont montré comme dans le cas des mesures AFM, sa diminution relative au taux de quercétine présent dans la membrane. Dans une étape ultérieure, nous avons étudié par la microscopie AFM la stabilité des liposomes du type EggPC et examiné l’organisation des phospholipides E80 dans quatre solvants eutectiques profonds à base de ChCl (DES) et dans des solutions aqueuses de ces mêmes composants DES. Les observations AFM ont montré que les phospholipides ainsi que les liposomes peuvent être dissous dans les DES et ils peuvent s'auto-assembler conduisant à la formation de vésicules. Nous avons noté que la taille des liposomes réformés a diminué après leur exposition aux DESs. Des résultats similaires ont été obtenus en suivant l'effet de l'incubation de liposomes sphériques dans des solutions aqueuses des composants DESs au fil du temps.

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