Relationship between mechanical parameters and behaviour under external stresses in lipid vesicles with modified membranes. - Archive ouverte HAL Access content directly
Theses Year : 2010

Relationship between mechanical parameters and behaviour under external stresses in lipid vesicles with modified membranes.

Relation entre les paramètres mécaniques et le comportement sous contraintes externes de vésicules lipidiques à membrane modifiée.

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Abstract

The goal of this work was to develop mechanical models of cells based on lipidic giant unilamellar vesicles (GUVs) and to investigate the relationship between mechanical parameters and behaviors under external stresses. Firstly, we succeeded in modifying structural properties of membranes either by coating fluid phase bilayers with polyelectrolytes (chitosan or hyaluronan) or by using the lipid phase transition to obtain membranes in the gel state. The characterization of the coated membrane has revealed the electrostatic origin of the interaction between DOPC bilayers and polyelectrolytes, and that the adsorbed chain conformation at the vesicle surface is controlled by the polymer chemical structure. Concerning membranes in the gel state, a shrewd protocol was proposed to preserve the DMPC GUVs spherical shape upon cooling and transition from the fluid to the gel phase. Secondly, we have demonstrated that the membrane structure highly affects the value of the mechanical parameters and changes the behaviors of these complex GUVs under various applied constraints (e.g. osmotic pressure, pH and salt shocks, compression between two planes (Atomic Force Microscopy) or point-acting force (hydrodynamic membrane tether extrusion)). In particular, AFM experiments have demonstrated that polyelectrolyte coating rigidifies lipid membranes, increasing among others their stretching moduli. As well, the osmotic deflation of gel GUVs have lead to a large panel of concave polyhedron-like shapes, numerically retrieved using a relevant 2D elastic model. Finally, we have proposed an original technique to characterize vesicles by studying their flow in confined geometries.
Le but de ce travail était de développer des modèles mécaniques de cellules basés sur les vésicules lipidiques géantes unilamellaires (GUVs) et d'étudier les relations entre paramètres mécaniques et comportements sous contraintes. Nous avons tout d'abord réussi à modifier les propriétés structurelles des membranes soit en les décorant de polyélectrolytes (chitosane ou acide hyaluronique), soit en utilisant la transition de phase des lipides pour obtenir des membranes en phase gel. La caractérisation des membranes décorées a montré l'origine électrostatique de l'interaction polyélectrolyte/membrane, et a mis en évidence le rôle de la structure chimique des polymères sur leur conformation à la surface des vésicules. Concernant les membranes en phase gel, nous proposons un protocole astucieux permettant de préserver la forme sphérique de GUVs lors de la diminution de température. Nous avons ensuite montré que la structure de la membrane influence fortement la valeur des paramètres mécaniques et le comportement des GUVs complexes soumises à différentes contraintes (pression osmotique, chocs de pH et de sel, compression entre deux plans (microscopie à force atomique) ou force ponctuelle (extrusion de nanotubes de membrane)). Les expériences d'AFM ont révélées que la décoration rigidifie les membranes, augmentant notamment leur module de compressibilité. Le dégonflement osmotique de GUVs en phase gel a mis en évidence une grande variété de formes polyédriques, que nous avons pu retrouver numériquement en utilisant un modèle 2D élastique adapté. Nous avons enfin proposé une technique originale pour caractériser les vésicules en étudiant leur écoulement dans des géométries confinées.
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Dates and versions

tel-00615938 , version 1 (19-08-2011)

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  • HAL Id : tel-00615938 , version 1

Cite

François Quemeneur. Relationship between mechanical parameters and behaviour under external stresses in lipid vesicles with modified membranes.. Data Analysis, Statistics and Probability [physics.data-an]. Université de Grenoble, 2010. English. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00615938⟩
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