​​Dans le fonctionnement du vivant – plus précisément dans les dynamiques métal-biologie – les métaux jouent un rôle essentiel : Par exemple, certaines bactéries sont capables de produire naturellement des nanoparticules magnétiques composées de magnétite (Fe₃O₄), qui leur servent de boussole pour s'orienter dans leur environnement, tandis que de nombreux autres organismes les utilisent pour produire des minéraux nanoscopiques, qui peuvent jouer un rôle biologique et avoir un impact sur le cycle des métaux dans l'environnement.

Jusqu'à présent, les techniques d'imagerie ne permettaient pas d'observer ces mécanismes en temps réel mais cela est désormais possible grâce à une collaboration entre le Biam, l'Institut Max Planck (Colloïdes et interfaces, Potsdam, Allemagne) et les synchrotrons de Diamond Light Source au Royaume-Uni et de Soleil.

Une double innovation sur le synchrotron et les cellules observées

L'observation du fer en action dans les cellules vivantes a été rendue possible deux innovations complémentaires :

• Une nanosonde à rayons X, un faisceau d'une extrême finesse produit par le synchrotron, capable de détecter la présence de métaux à très petite échelle.
• Une cellule liquide, conçue pour maintenir les bactéries en vie tout au long de l'observation.

Contrairement aux méthodes classiques, qui imposent souvent de figer ou d'assécher les échantillons, cette cellule microfluidique offre un environnement stable, proche des conditions naturelles, tout en résistant à l'intensité des rayons X. Grâce à ce dispositif unique, les chercheurs ont pu suivre la dynamique du fer dans des bactéries magnétotactiques, pendant plusieurs heures.

Fort de ce succès, l'équipe s'est maintenant tournée vers les coccolithophores – des microalgues capables de fabriquer des coquilles de carbonate de calcium – afin de mieux comprendre la biominéralisation intracellulaire en réalisant des expériences dirigées en milieu liquide.

Des applications prometteuses pour la santé et l'environnement

L'approche expérimentale présentée dans ce travail ouvre la voie à des avancées significatives dans plusieurs domaines de recherche. En particulier, une meilleure compréhension des mécanismes complexes liés à l'action des métallodrogues (composés métalliques utilisés pour traiter certaines pathologies) ainsi que la manière dont les cellules absorbent et dégradent les nanoparticules. Ces dernières années, les nanoparticules ont suscité un grand intérêt pour leur potentiel thérapeutique, mais leur impact à long terme sur les organismes et l'environnement reste encore flou. Cette nouvelle méthode d'imagerie pourrait enfin permettre d'évaluer l'état de ces nanoparticules (i.e., composition, taille) dans des milieux complexes et de mieux comprendre leur distribution et leur devenir dans les systèmes vivants.

De plus, la biominéralisation des tissus durs, tels que les os, les dents ou encore les coquilles de certaines espèces marines, pourrait être étudiée en profondeur grâce à la possibilité d'observer la formation de ces structures à l'échelle nanométrique. Des avancées qui promettent de nouveaux outils pour les chercheurs en biologie, chimie et sciences de l'environnement, avec des implications majeures pour la médecine et l'écotoxicologie.

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