Nanorods of Well-Defined Length and Monodisperse Cross-Section Obtained from Electrostatic Complexation of Nanoparticles with a Semiflexible Biopolymer

We show by combining small-angle X-ray scattering (SAXS) and cryo-transmission electron microscopy (cryo-TEM) that anionic silica nanoparticles (SiNPs) assemble into well-defined 1D cluster when mixed with a dilute solution of semiflexible chitosan polycation. The nanorods are stable in excess of SiNPs and composed of 10 SiNPs well-ordered into straight single strands with length Lrod \approx 184.0 nm and radius Rrod = 9.2 nm = RSiNPs. We point out that the ratio between the chitosan persistence length and the SiNP radius, which is here equal to 1, can be the determining condition to obtain such original objects

Liquid crystalline properties of type I collagen: Perspectives in tissue morphogenesis

Collagen molecules form the major part of tissues like bone, cornea or tendon where they organize into ordered fibrillar networks. The acid-soluble protein spontaneously assembles in liquid crystalline phases, characterized in polarized light microscopy and X-ray diffraction. Collagen fibrillogenesis obtained in condensed media establishes a link between the fibrillar networks described in vivo and the mesomorphic states obtained in vitro. Cellematrix interactions on these biomimetic materials are currently analysed with perspectives in tissue engineering. In a morphogenetic context, we propose the hypothesis of a liquid crystalline order, between soluble precursor molecules, preceding fibrillogenesis

In vitro studies and preliminary in vivo evaluation of silicified concentrated collagen hydrogels

Hybrid and nanocomposite silicacollagen materials derived from concentrated collagen hydrogels were evaluated in vitro and in vivo to establish their potentialities for biological dressings. Silicification significantly improved the mechanical and thermal stability of the collagen network within the hybrid systems. Nanocomposites were found to favor the metabolic activity of immobilized human dermal fibroblastswhile decreasing the hydrogel contraction. Cell adhesion experiments suggested that in vitro cell behavior was dictated by mechanical properties and surface structure of the scaffold. First-to-date in vivo implantation of bulk hydrogels in subcutaneous sites of rats was performed over the vascular inflammatory period. These materials were colonized and vascularized without inducing strong inflammatory response. These data raise reasonable hope for the future application of silicacollagen biomaterials as biological dressings.Fil: Desimone, Martín Federico. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Química y Metabolismo del Fármaco. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Farmacia y Bioquímica. Instituto de Química y Metabolismo del Fármaco; ArgentinaFil: Hélary, Christophe. Université Pierre et Marie Curie; FranciaFil: Quignard, Sandrine. Université Pierre et Marie Curie; FranciaFil: Rietveld, Ivo B. Universite de Paris; FranciaFil: Bataille, Clement. Université de Versailles Saint-quentin-en-yvelines.; FranciaFil: Copello, Guillermo Javier. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Química y Metabolismo del Fármaco. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Farmacia y Bioquímica. Instituto de Química y Metabolismo del Fármaco; ArgentinaFil: Mosser, Gervaise. Université Pierre et Marie Curie; FranciaFil: Giraud Guille, Marie-Madeleine. Université Pierre et Marie Curie; FranciaFil: Livage, Jacques. Université Pierre et Marie Curie; FranciaFil: Meddahi Pellé, Anne. Université de Versailles Saint-quentin-en-yvelines.; FranciaFil: Coradin, Thibaud. Université Pierre et Marie Curie; Franci

Cristallisation bidimensionnelle de proteines au niveau de films lipidiques plans. Determination des structures de la sous-unite B de la toxine du cholera et de l'annexine-V par cristallographie electronique

SIGLEAvailable from INIST (FR), Document Supply Service, under shelf-number : TD 20417 / INIST-CNRS - Institut de l'Information Scientifique et TechniqueFRFranc

Phases denses de collagène de type I (transition isotrope/cholestérique, fibrollogenèse et minéralisation)

L objectif de ce travail consiste en l étude in vitro des phénomènes d auto-assemblage des molécules de collagène de type I en phases denses. Dans un premier temps nous nous sommes consacrés à l étude de solutions colloïdales de collagène solubilisé en milieu acide. Nous avons considéré la formation d une phase cristal-liquide nématique chirale (cholestérique) sous l effet de la concentration et nous nous sommes donc proposés de caractériser la transition isotrope/cholestérique (I/N*) et la structure de la phase cristal-liquide obtenue à l aide de la microscopie optique à lumière polarisée et de la diffusion des rayons X aux petits angles. Les concentrations critiques à la transition et le paramètre d ordre de la phase nématique sont cohérents avec les prédictions théoriques pour des macromolécules semi-flexibles. De plus, nous avons décrit les propriétés rhéologiques de ces solutions à l aide d expériences en régime oscillant en géométrie cône-plan.Ensuite, nous avons cherché à déterminer l influence de quelques paramètres physico-chimiques simples sur la formation de gels fibrillaires (la fibrillogenèse ). Ces gels ont été caractérisés par diffusion des rayons X et microscopie électronique à transmission sur coupes ultrafines. Enfin, nous présentons quelques tentatives de minéralisation de ces matrices fibrillaires ordonnées ; nous y montrons comment nous avons réussi à obtenir une phase minérale (hydroxyapatite) coalignée avec la phase organique. Ce travail s inscrit dans un contexte plus large de compréhension de la morphogenèse tissulaire et de la synthèse de biomatériaux ordonnés.The aim of this work is the in vitro study the self-assembly properties of collagen molecules in dense phases. First, we focused on acidic colloidal suspensions of collagen. We studied the isotropic/cholesteric (I/N*) transition as well as the structure of the liquid-crystalline phase thus obtained. For this we used polarized light optical microscopy and small angle X-ray scattering. Moreover, we described the rheological properties of these solutions through oscillating experiments with a cone-plane rheometer. Then we studied the influence of simple physico-chemical parameters on the formation of fibrillar gels resulting from the neutralization of acidic solution ( fibrillogenesis ). These gels were characterized by X-ray scattering and Transmission Electron Microscopy on ultrathin sections. Finally, we present some results concerning the mineralization of such ordered fibrillar matrices ; in particular, we highlight the coalignment of a hydroxyapatite phase along with the organic one. This work takes place in a wider context of tissue morphogenesis comprehension and of ordered biomaterials synthesis.PARIS-BIUSJ-Physique recherche (751052113) / SudocSudocFranceF

Control over the Electrostatic Self-assembly of Nanoparticle Semiflexible Biopolyelectrolyte Complexes

International audienceThe electrostatic complexation between model negatively charged silica nanoparticles (NPs) with radius R~10 nm and chitosan, a natural polyelectrolyte bearing positive charges with a semi-rigid backbone of persistence length of Lp~9 nm, was studied by a combination of SANS, SAXS, light scattering, and cryo-TEM. In this system, corresponding to Lp/R~1, we observe the formation of (i) randomly branched complexes in the presence of an excess of chitosan chains and (ii) well-defined single-strand nanorods in 10 the presence of an excess of nanoparticles. We also observe no formation of nanorods for NPs with poly-L-lysine, a flexible polyelectrolyte, corresponding to Lp/R~0.1, suggesting a key role played by this ratio Lp/R. In the intermediate range of nanoparticles concentrations, we observe an associative phase separation (complex coacervation) leading to more compact complexes in both supernatant and coacervate phases. This method might open the door to a greater degree of control of nanoparticles self-15 assembly into larger nanostructures, through molecular structural parameters like Lp/R, combined with polyelectrolytes/nanoparticles ratio

Réseaux organiques et minéraux dans la carapace, l'os et les matériaux biomimétiques

La trame organique et le réseau minéral des tissus squelettiques sont en interaction étroite. Chez les crustacés, la chitine, le polysaccharide le plus abondant chez les Invertébrés, est associée à la calcite. Dans l\u27os compact, le collagène, protéine structurale majeure des vertébrés, est associé à l\u27hydroxyapatite. Un parallèle est mis en évidence in vivo entre les structures tridimensionnelles des matrices de chitine ou de collagène et les arrangements moléculaires de cristaux liquides. Ces macromolécules purifiées donnent in vitro, en milieu condensé, des états cristallins liquides. Les matériaux biomimétiques obtenus sont étudiés après stabilisation, à l\u27état pur ou associés à des phases minérales.Skeletal tissues associate, in close interaction, an organic matrix and a mineral network. In crustaceans, chitin, the most frequent polysaccharide in invertebrate exoskeletons, is associated with calcite. In compact bone, collagen, major structural protein in vertebrate tissues is associated with hydroxyapatite. A parallel was evidenced in vivo between the three-dimensional assemblies of chitin and collagen matrices and molecular arrangements described in liquid crystals. The purified macromolecules, highly concentrated, assemble in vitro in ordered liquid crystalline phases. After stabilisation, they form biomimetic materials, presently investigated, in a pure state or in addition with inorganic phases to develop hybrid materials.</p

From tendon injury to collagen-based tendon regeneration: overview and recent advances

International audienceTendon injury is a clinical, societal and economical issue. Moreover, tendon repair represents an important clinical challenge, partly due to the mechanical constraints that occur at the junctions with muscle and bone. Several strategies have been developed for tendon repair. In this review, we first assess the importance of tendon injuries from different sites and their causes. After a short overview of tendon three-dimensional organization, the complexity of the perfect repair quest is presented ranging from current clinical procedures to new engineering scaffolds. We then sum up tendon engineering requirements and focus on new collagen-based scaffolds, which raise promising prospects to mimic and repair tendon. In particular, we survey quantitatively a large panel of techniques to produce these scaffolds, detailing their principle and recent improvements

Physico-Chimie des phases cristal-liquides du collagène I et fibrillogenèse

L étude des propriétés d auto assemblage du collagène a comme objectif principal d acquérir les connaissances nécessaires pour la production des matrices modèles, mimant les tissus du vivant. Le but de ces études est de réaliser des implants ou d apporter des supports tridimensionnels (3D) pour les études du comportement cellulaire. Elle a également pour objectif de comprendre les mécanismes de formation de structures complexes par les macromolécules biologiques. Le collagène I est la protéine la plus répandue du règne animal. C est la protéine majoritaire des tissus conjonctifs tels : le derme, l os, les tendons, la paroi des vaisseaux sanguins et la cornée. Les molécules de collagène sont capables de s assembler pour former des fibrilles de collagène. Le collagène est une molécule acido-soluble, qui, sous certaines conditions de concentration et de pH, est capable de former des phases cristal-liquides. In vitro, on peut induire la fibrillogenèse du collagène acido-soluble en passant d un pH acide à un pH neutre. Les deux axes principaux du présent travail sont d une part l étude des propriétés de l organisation cristal-liquide du collagène à pH acide, et celle des variations structurales du collagène sous ses formes fibrillaires à pH acide et neutre. Les résultats majeurs du premier axe sont la mise en évidence d une nouvelle organisation cristal-liquide et l influence de certains paramètres physico-chimiques sur la chiralité de la phase nématique formée, ainsi que sur la concentration de la transition de phase. Les études dans le cadre du deuxième axe ont permis de mettre en évidence, grâce à une étude par RMN du solide, d'importantes données structurales sur la conformation des chaînes latéralesPARIS-BIUSJ-Physique recherche (751052113) / SudocSudocFranceF