Conception de matrices magnétiques nanostructurées pour l'étude des mécanismes de biominéralisation intracellulaire

Conception of nanostructured magnetic matrices for the study of intracellular mechanisms of biomineralization

• Auteur / Autrice : Marine Blondeau
• Direction : Roberta Brayner, Thibaud Coradin, François Guyot
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique et Chimie des Matériaux
• Date : Soutenance le 30/09/2014
• Etablissement(s) : Paris 6
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physique et chimie des matériaux (Paris)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Chimie de la matière condensée de Paris (1997-....)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-Pierre Valet, Christine Ménager
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Damien Faivre, Guillaume Viau

Mots clés

Mots clés contrôlés

Magnétite

Minéralisation (biologie)

Mots clés libres

Sol-gel

Bio-encapsulation

Biominéralisation

Bactérie

Magnétite

Champ magnétique

Résumé

Ce travail de thèse constitue une nouvelle approche de l’étude du comportement des bactéries immobilisées dans des matrices inorganiques centrée sur l’influence d’un champ magnétique sur le comportement cellulaire. Des nouveaux gels incorporant des nanoparticules de magnétite ont été élaborés par voie sol-gel dans des conditions cytocompatibles et caractérisés par diffraction des rayons X, sorption d’azote, microscopie électronique en transmission (MET) et mesures magnétiques. Après une étude de viabilité des bactéries modèles Escherichia coli immobilisées, le procédé d’encapsulation a été étendu aux bactéries magnétotactiques Magnetospirillum magneticum. L’effet d’un champ magnétique statique sur ces deux types de microorganismes a été étudié. Enfin, les processus de biominéralisation intracellulaire chez les bactéries magnétotactiques ont été suivis en présence et en absence d’un champ magnétique statique sur des cellules immobilisées et en suspension. Cette approche nous a permis de comprendre les phénomènes liés à l’encapsulation et à l’exposition à un environnement magnétique extérieur. Des effets originaux du champ magnétique continu sur la cinétique de production des magnétosomes et sur la dynamique collective des chaînes de magnétosomes à l’intérieur des cellules encapsulées ont pu être mis en évidence.

This work constitutes a new approach to the study of the behavior of immobilized bacteria in inorganic matrices focusing on the influence of a magnetic field on cell behavior. Novel gels incorporating magnetite nanoparticles were prepared by the sol-gel process in cytocompatible conditions and were characterized by X-ray diffraction, nitrogen sorption, transmission electron microscopy (TEM) and magnetic measurements. After studying the viability of immobilized model bacteria Escherichia coli, the encapsulation process was extended to magnetotactic bacteria Magnetospirillum magneticum. The effect of a static magnetic field on these two types of microorganisms was studied.Finally, the process of intracellular biomineralization in magnetotactic bacteria was followed in the presence and absence of a static magnetic field on the immobilized cells and suspension. This approach allowed us to understand the phenomena related to encapsulation and exposure to an external magnetic environment. New effects of the continuous magnetic field on the kinetics of magnetosome production and on the collective dynamic of magnetosome chains within the encapsulated cells are described.