Oxydation par Fenton des lipopolysaccharides par des nanoparticules de cuivre insolubles

Les nanoparticules à base de cuivre insolubles émergent comme des agents prometteurs pour la décontamination des fluides et des surfaces. Dans des environnements oxydants, l’oxyde et l’hydroxyde de cuivre génèrent des espèces réactives de l’oxygène (ROS), qui déclenchent la peroxydation des lipides et compromettent l’intégrité des membranes bactériennes. Pour optimiser leur efficacité et identifier les conditions optimales d’utilisation, une compréhension détaillée de leurs mécanismes de dégradation des lipides est essentielle.
S’appuyant sur des expériences antérieures démontrant que les nanoparticules de Cu(OH)₂ peuvent dégrader avec succès des bicouches de phospholipides imitant la membrane interne d’E. coli (DOI: 10.1039/d5sm00809c), ce stage vise à étendre cette investigation aux lipopolysaccharides (LPS), un glycolipide clé présent dans la membrane et impliqué dans la défense contre les antibiotiques.

Objectifs du projet et défis scientifiques

L’objectif du stage est de déterminer si les nanoparticules à base de cuivre (Cu(OH)₂ et CuO) sont capables de modifier, voire d’oxyder, ces glycolipides. Le défi consiste à déposer une monocouche de glycolipide sur un substrat solide et à étudier son comportement lorsqu’elle est exposée à une solution d’ions cuivre ou à une suspension de nanoparticules de cuivre.
Le caractère interdisciplinaire de ce travail, à l’interface entre la biophysique des biomembranes et la chimie des nanomatériaux, est essentiel pour aborder les interactions complexes entre les ions métalliques/les nanoparticules et un composant membranaire clé des bactéries à Gram négatif.

Programme de travail

L’étudiant.e participera activement aux tâches suivantes :

• Réaliser des expériences sur des monocouches de lipopolysaccharides à l’aide d’une cuve de Langmuir, et interpréter le comportement de phase à différentes concentrations d’ions cuivriques dans la sous-phase aqueuse.
• Caractériser la monocouche avant et après l’adsorption/pénétration des nanoparticules, afin de déterminer son hydratation, sa masse, ainsi que les éventuelles modifications chimiques subies.

Les méthodes en laboratoire fourniront des informations essentielles, notamment :

• Microbalance à cristal de quartz avec dissipation (QCM-D) : hydratation et viscoélasticité de la bicouche,
• Résonance des plasmons de surface (SPR) : perte de masse lipidique,
• Spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier en réflexion totale atténuée (ATR-FTIR) : pénétration des nanoparticules dans les lipides et modifications chimiques,
• Microscopie à force atomique (mode balayage) : morphologie de surface et cartographie des zones intactes vs dégradées.
• Des expériences de diffusion neutronique seront  demandées aux grands instruments pour explorer la composition interne de la bicouche avant et après exposition aux sels de cuivre.

Résultats attendus et impact

La recherche proposée s’inscrit à l’intersection de la biophysique, de la chimie et de la physico-chimie, une approche essentielle pour aborder les aspects fondamentaux des mécanismes d’action des composés bactéricides sur les cellules vivantes, et pour comprendre comment les composants membranaires modulent la sensibilité aux agents antimicrobiens.
Ces connaissances contribuent à un cadre plus large visant à élucider comment les bactéries adaptent leur composition et structure lipidique pour atténuer le stress oxydatif, un enjeu crucial pour lutter contre le problème croissant de la résistance aux antibiotiques, une menace majeure pour la santé humaine.

Le/la candidat.e devra soumettre  un curriculum vitæ détaillé et les relevés de notes (classement) de la première année de master (M1).