Les nanosciences
3. Nanobiotechnologies et nanobiologie
Marcel Lahmani
Patrick Boisseau
Philippe Houdy
Belin
Remerciements14
Préface15
Introduction Nanobiotechnologies et nanobiologie17
Partie I : Les nano-objets biologiques
Chapitre 1 Régulation structurale et fonctionnelle de l'ADN : géométrie-topologie-méthylation
22
1 Introduction22
2 Géométrie de la double hélice d'ADN24
3 La conformation Z de l'ADN27
4 Le surenroulement de l'ADN31
5 La méthylation de l'ADN35
6 Conclusion42
Bibliographie43
Chapitre 2 Assemblages protéo-lipidiques et nanostructures biomimétiques
47
1 Introduction : la membrane biologique47
2 Lipides membranaires : structures et propriétés49
3 Modèles membranaires et méthodes de caractérisation62
4 Assemblages protéo-lipidiques92
5 Exemples d'applications des membranes biomimétiques en nanobiotechnologies105
Bibliographie108
Chapitre 3 Complexes supramoléculaires d'ADN
117
1 Introduction117
2 Les différentes étapes du transfert de gènes121
3 Les assemblages polymoléculaires en ADN : préparation, caractérisation et propriétés126
4 Les assemblages monomoléculaires en ADN (nanoplexes d'ADN) : préparation, caractérisation et propriétés138
5 Conclusions et perspectives143
Bibliographie143
Chapitre 4 Nanoparticules minérales fonctionnalisées à des fins d'applications biomédicales
145
1 Synthèse et modification chimique de surface des nanoparticules minérales146
2 Applications au marquage biologique in vitro et sur l'animal161
3 Applications in vivo168
4 Conclusions181
Bibliographie182
Chapitre 5 Nanomachines du vivant
185
1 Introduction185
2 Force et mouvement par assemblage dirigé des filaments d'actine188
3 Les moteurs moléculaires : myosines et kinésines206
4 L'ATP synthase, le plus petit moteur moléculaire rotatif actuellement connu218
5 En guise de conclusion230
Bibliographie231
Chapitre 6 Sélection d'aptamères par évolution darwinienne
235
1 Quelques aspects théoriques de l'évolution moléculaire236
2 Caractéristiques structurales des acides nucléiques239
3 Présentation du SELEX243
4 Applications247
5 Conclusion256
Bibliographie257
Partie II : les méthodes d'études des nanobiotechnologies
Chapitre 7 Les outils optiques
264
1 Introduction aux microscopies de fluorescence264
2 Les marqueurs273
3 Systèmes de détection in vivo301
4 Systèmes de détection in vitro316
5 Autres systèmes de détection - Analyse de la dynamique des interactions moléculaires341
Bibliographie366
Chapitre 8 Nanoforce et imagerie
381
1 Imagerie cellulaire et moléculaire en AFM381
2 Machine à forces entre surfaces et micromanipulations395
3 Microscopie de force en mode contact et mode oscillant405
4 La technique des pinces optiques435
5 Les pinces magnétiques446
Bibliographie464
Chapitre 9 Les méthodes de surface
475
1 Les biocapteurs basés sur la résonance plasmonique de surface : l'interprétation des données475
2 Ellipsométrie497
3 Spectroscopie optique par guide d'ondes519
4 Spectroscopies vibrationnelles533
5 Microscopie à l'angle de Brewster548
6 La microbalance à cristal de quartz avec mesure de la dissipation552
7 Réflectométrie de rayons X et de neutrons en incidence rasante568
Bibliographie576
Chapitre 10 Spectrométrie de masse
587
1 Spectrométrie de masse : principe et définitions587
2 Sources d'ionisation des biomolécules590
3 Analyseurs603
4 Couplage séparation en phase liquide - spectrométrie de masse613
5 Quel appareil de spectrométrie de masse coupler aux techniques séparatives ? ESI ou MALDI ?616
6 Nanotechnologies pour l'interface MS618
Bibliographie620
Chapitre 11 Dynamique et caractérisation électrique du transport
631
1 Canaux ioniques et patch-clamp631
2 Ampérométrie657
3 Transport de macromolécules à travers des nanopores naturels et artificiels. Détection électrique682
4 Techniques électrophorétiques705
Bibliographie716
Chapitre 12 La microfluidique : concepts et applications en sciences de la vie
731
1 Introduction731
2 Physique des écoulements microfluidiques733
3 Fabrication, matériaux, fonctions741
4 Exemples d'applications748
5 Conclusion757
Bibliographie758
Chapitre 13 Traitement de l'information
763
1 Nanobiotechnologies et systèmes d'information763
2 Représentation de l'information771
3 Corriger les capteurs et améliorer l'information774
4 Extraire l'information778
5 Analyser l'information782
Bibliographie786
Chapitre 14 La dynamique moléculaire. Observer la matière en mouvement
791
1 Introduction791
2 Les principes fondamentaux de la dynamique moléculaire794
3 La fonction énergie potentielle796
4 Intégration des équations du mouvement801
5 Traitement rigoureux des interactions électrostatiques809
6 Quelques propriétés accessibles à partir des simulations812
7 Dynamique moléculaire et parallélisme817
8 Conclusion819
Bibliographie820
Partie III : Les applications des nanobiotechnologies
Chapitre 15 La PCR en temps réel
826
1 Présentation de la PCR en temps réel826
2 Mise au point d'une expérience de PCR quantitative en temps réel838
3 Exemples d'applications de la PCR en temps réel846
Bibliographie853
Chapitre 16 Les biocapteurs : de l'électrode à glucose aux biopuces
855
1 Les biorécepteurs856
2 Les méthodes d'immobilisation861
3 Les biocapteurs à détection électrochimique863
4 Les biocapteurs à transduction massique870
5 Les thermistances à enzyme872
6 Les biocapteurs à fibre optique874
7 Les biopuces882
8 Conclusion888
Bibliographie890
Chapitre 17 Les puces à ADN
893
1 Introduction893
2 Puces à ADN : analyse du transcriptome895
3 Puces à ADN : au-delà du transcriptome905
Bibliographie912
Chapitre 18 Les puces à protéines
919
1 Rappels sur les protéines920
2 Réalisation de puces à protéines sur des supports plans921
3 Autres formats de puces à protéines935
4 Applications des puces à protéines937
5 Conclusion940
Bibliographie941
Chapitre 19 Les biopuces à cellules
947
1 Puces pour l'analyse et le traitement de cellules vivantes947
2 Puces patch-clamp953
Bibliographie973
Chapitre 20 Laboratoires sur puce
981
1 Le concept général981
2 Les fonctions implantées983
3 Les aspects technologiques991
4 Conclusion995
Bibliographie995
Chapitre 21 Multicouches de polyélectrolytes
1001
1 Le concept1001
2 Films à croissance linéaire et films à croissance exponentielle1004
3 Fonctionnalisation biologique des films1010
4 Particules creuses réalisées avec des multicouches1019
5 Vers des architectures plus complexes1021
6 Perspectives1023
Bibliographie1023
Chapitre 22 Biointégration des matériaux
1027
1 Le concept d'ingénierie tissulaire et cellulaire1027
2 Modifications de surfaces des matériaux1029
3 Exemples d'applications de la biointégration de biomatériaux1038
4 Évaluation in vivo des produits de l'ingénierie tissulaire1042
5 Moyens d'exploration associés à l'ingénierie tissulaire1045
Bibliographie1046
Chapitre 23 Les vecteurs viraux pour le transfert de gènes in vivo
1055
1 Introduction1055
2 Principaux types de vecteurs viraux1056
3 Applications biomédicales de la plate-forme virale1065
4 Régulation et visualisation de l'expression du transgène1074
5 Perspectives1077
Bibliographie1078
Chapitre 24 Applications des vecteurs nanoparticulaires dans le domaine pharmaceutique
1082
1 Introduction à la vectorisation - intérêt dans le domaine pharmaceutique1082
2 Les vecteurs nanoparticulaires1084
3 Évolution des vecteurs destinés à des applications pharmaceutiques1090
4 Applications des vecteurs1096
5 Conclusion1099
Bibliographie1099
Chapitre 25 Vers des nanoparticules activables pour le traitement du cancer : l'exemple de nanobiotix
1105
1 Introduction1105
2 Concept des nanoTherapeutics1106
3 Différentes familles de nanoparticules1109
4 Mécanisme d'action des nanoTherapeutics1110
5 Synthèse de nanoMag1113
6 Avantages des différentes familles de nanoTherapeutics1114
7 Résultats (nanoMag)1117
8 Conclusion1124
Bibliographie1125
Chapitre 26 Les enjeux économiques, sociaux et médicaux des nanobiotechnologies
1126
1 Des applications actuelles aux applications futures1126
2 Des acteurs aux clusters1135
3 Du financement à l'exploitation industrielle et commerciale1135
4 Du risque à la précaution1137
5 En guise de conclusion : vers la nanomédecine1140
Bibliographie1143
Index1145