Chapitre 3: Matériels et méthodes
3.2. Méthodes expérimentales
3.2.1. Formation des bicouches lipidiques
3.2.1.1. Bicouches de lipides non supportées : vésicules
Dans ces travaux, les liposomes sont définis comme de petites vésicules uni-lamellaires
(small unilamellar vesicles, SUV) composées d’un type de lipides polaires (e.g. DOPC, DPPC,
milk SM, C16:0-SM, C24:0-SM) ou d’un mélange de plusieurs lipides polaires
(C16:0-SM/C24:0-SM, C24 :0-SM/C24:1-SM).
La fabrication des liposomes est réalisée en plusieurs étapes. Les poudres de lipides ont été tout
d’abord solubilisées dans un mélange méthanol/chloroforme (1:4.v/v) pour préparer les solutions
mères. Le volume nécessaire de solution mère des lipides solubilisés a été introduit dans des
flacons à scintillation en verre (6 mL ; Wheaton, Milville, NJ, USA) pour préparer les échantillons
purs ou en mélange dans des proportions molaires définies (par exemple C16:0-SM/C24:0-SM,
50/50 mol). Une masse totale de 4 mg de lipides était introduite dans chaque flacon. Le méthanol
et le chloroforme sont éliminés par évaporation à 40°C pendant deux heures, sous flux d’azote
pour éviter l’oxydation des lipides. Le film lipidique formé dans les flacons en verre est ensuite
hydraté avec le tampon PIPES-NaCl-CaCl2 (10 mM PIPES, 50 mM NaCl, 10 mM de CaCl2 sauf
mention différente) à pH 6.7 pour obtenir une concentration finale en lipides de 0.1% p/p.
L’hydratation et la formation des vésicules sont réalisées à une température supérieure à la
transition de phase (Tm) du lipide ayant la Tm la plus élevée dans le flacon, afin que le ou les
lipides soient sous forme fluide. La température ainsi choisie pour l’hydratation des lipides était
de 65°C. Sous l’effet de l’agitation mécanique par vortex, le film lipidique se décolle de la paroi
du flacon pour former spontanément des vésicules multi lamellaires ou multi vésiculaires ayant
généralement des tailles supérieures à 1 µm (Figure 32). Les SUV ont ensuite été fabriquées à
65°C par sonication en utilisant un équipement Q700 (Q-sonica, Newtown, CT, USA) et une
micropointe fonctionnant à une amplitude de 50% (~ 400 W) pendant 30 min (1 h en présence de
cholestérol). Après la sonication, la suspension de SUV était laissée à refroidir et à équilibrer à
température ambiante (20 °C). Nous avons préparé des vésicules de différentes compositions
chimiques:
- Composition homogène: DOPC; DPPC; C16:0-SM; C24:0-SM
- Composition hétérogène: milk SM/DOPC; SM/C16:0-SM (50:50 % mol);
C24:0-SM/C24:1-SM (95:5 % mol); milk SM, milk SM/cholestérol (50:50 % mol) ; lipides polaires de
la membrane des globules gras du lait
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Dans la littérature, d’autres méthodes de production des SUV sont citées, comme la sonication en
bain d’ultrasons, ou l’extrusion à chaud à travers un filtre de faible porosité. Outre les petites
vésicules unilamellaires (SUV), dont la taille avoisine la centaine de nm, il est également possible
de produire des vésicules unilamellaires de taille moyenne, les LUV (large unilammelar vesicles),
dont la taille varie entre 100 et 1000 nm et qui sont généralement obtenues par extrusion, ou les
GUV, (giant unilamellar vesicles, Figure 32) qui dépassent le µm et qui sont généralement
obtenues par électro-formation de films lipidiques plans déposés entre deux électrodes.
Figure 32: Classification des vésicules en fonction de la lamellarité et de la taille. Les petites vésicules unilamellaires (SUV) ont moins de 100 nm de diamètre; Les grandes vésicules unilamellaires (LUV) se situent entre 100 et 1000 nm; Et les vésicules unilamellaires géantes (GUV) sont supérieures à 1 µm. Les vésicules multilamellaires ont de nombreuses couches membranaires et les vésicules multi vésiculaires encapsulent de petites vésicules (van Swaay and deMello, 2013).
3.2.1.2. Bicouches de lipides supportées
Les bicouches lipidiques supportées (en anglais supported lipid bilayers, SLB) sont des
membranes planes (2D) déposées sur la surface d’un substrat plan, généralement du mica. La
formation de ces SLB se fait lorsque des vésicules unilamellaires de petite taille (SUV) s’adsorbent
sur la surface, se déforment jusqu’à ce qu’elles se rompent, s’étalent sur la surface sous la forme
de disques ou de « patches » de bicouches lipidiques (Figure 33). La présence de plusieurs patches
de bicouche de distance très proche conduit à leur fusion pour former enfin une bicouche supportée
continue. La formation des SLB dépend de plusieurs paramètres liés à la nature de la surface
utilisée (rugosité, charge) ou aux propriétés des vésicules (taille, charge, état de phase). Cette
préparation est généralement opérée à une température supérieure à la Tm des lipides constitutifs,
afin de faciliter l’éclatement des vésicules et la fusion des patches de membrane. Cette condition
permet aussi le couplage et une meilleure symétrie des feuillets (Alessandrini and Facci, 2014).
Les SLB offrent de nombreux avantages comme la facilité de préparation et de modulation, la
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stabilité, et l’adaptabilité à une grande variété de techniques sensibles pour la caractérisation de
surface (Richter et al., 2006; Richter and Brisson, 2005) .
Figure 33: Mécanisme de formation des bicouches planes supportées à partir des vésicules (SUV) (Redondo-Morata et al., 2014)
La formation de petites vésicules unilamellaires (SUV) par sonication, réalisée dans des
conditions de pH et de force ionique de la phase dispersante adaptées, permet d’obtenir une
distribution de taille homogène ce qui optimise la formation ultérieure des SLB. Dans nos travaux,
la suspension des SUV fabriquée à 0.1 % p/p de lipides a été diluée 10 fois (v/v) avec du tampon
PIPES-NaCl-CaCl2 à 65°C, puis déposée sur du mica fraîchement clivé. Un incubateur
programmable (IPP 30+, Memmert, Büchenbach, Allemagne) a été utilisé pour la formation des
SLB et pour maîtriser et standardiser la cinétique de leur refroidissement. Ainsi, une période
d’incubation de 60 min à ~ 65 ± 5 ° C est suivie par un refroidissement lent réalisé à des vitesses
diminuant séquentiellement de ~ 1°C.min
-1à ~ 0.1°C.min
-1afin de bien former des bicouches
lipidiques planes. Un élément essentiel pour la bonne formation des SLB était notamment de
refroidir lentement (de l’ordre de 0.3-0.5°C.min
-1) aux alentours de la Tm (la plus haute s’il y a
plusieurs lipides). La bicouche est enfin rincée pour éliminer les SUV non fusionnées. Cette
opération se fait par remplacements successifs d’une partie du tampon hydratant la bicouche, afin
d’éviter son démouillage. Les SLB sont ensuite examinées dans le tampon PIPES-NaCl-CaCl2.
Dans la plupart des travaux de cette thèse, la molarité en sodium et en calcium du tampon était de
50 et 10 mM respectivement, comme indiqué dans la section 3.1.3.1. Dans le seul cas des SLB
préparées avec les lipides polaires de la membrane des globules gras, la molarité en calcium du
tampon PIPES était différente entre la sonication (0 mM de calcium, pour assurer la stabilité des
vésicules électronégatives) et l’étape de fusion + rinçage (2 mM de calcium pour assurer des
bicouches continues – voir chapitre 6). Ces molarités étaient plus faibles que pour les SUV de
DOPC, DPPC, milk SM, qui sont électriquement neutres et nécessitent davantage de calcium pour
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