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Ingénierie des Nanosystèmes Moléculaires [Engineering of Molecular Nanosystems] (EMNS)
Faculté des Sciences appliquées - école polytechnique / Brussels School of Engineering (Faculty of Applied Sciences) - Chimie et Science des matériaux (unité ULB742)

La recherche menée au sein du laboratoire, principalement expérimentale, vise à améliorer notre compréhension des processus de reconnaissance moléculaire. La stabilité et la dynamique de complexes d'association sont principalement caractérisées par Résonance Magnétique Nucléaire, spectroscopie UV-Visible et nanocalorimétrie. [Research in the laboratory focuses on the understanding and characterization of (bio) molecular complexes. NMR, UV/VIS Spectroscopy and micro-calorimetry are extensively used in order to obtain insight into the complex problem of molecular recognition. ]



coordonnées / contact details


Ingénierie des Nanosystèmes Moléculaires [Engineering of Molecular Nanosystems]
tel +32-2-650.20.48
http://emns.ulb.be/
Campus du Solbosch, Campus du Solbosh, Bât P2, niv 1 et 2
CP165/64, avenue F.D. Roosevelt 50, 1050 Bruxelles

Pour en savoir plus, consultez le site web de l'unité.



responsables / head


Gilles BRUYLANTS Prof. Kristin BARTIK


composition / members


Simon CROEGAERT Antonella DALLA CORT William DENIS Matthieu GOURSAUD Glenn GRAUWELS Roberta LANFRANCO Giulia LICINI Lional MARCELIS Jacques REISSE Maurice RETOUT Elisabeth VALKENIER-VAN DIJK Mélanie VANDER GEETEN


projets / projects


Carcatérisation physico-chimique des interactions entre nanoparticules et macromolécules biologiques [Physico-chemical investigation of the interaction of nanoparticles with biological macromolecules.]
L'utilisation croissante des nanomatériaux au sein de produits commerciaux mène à une augmentation drastique du niveau d'exposition des êtres humains à ceux-ci. Les nanoparticules sont capables de pénétrer dans le corps humain via différentes voies (inhalation, assimilation gastro-intestinale ou cutanée) et distribuées dans l'organisme. Des études in vitro ont montré que ces nanomatériaux peuvent perturber le bon fonctionnement cellulaire en interagissant avec la membrane, les lysosomes, les mitochondries ou le matériel génétique. Il a été mis en évidence dans la littérature que des nanoparticules polymères dispersées au sein du plasma sanguin se recouvrent d'une couche de protéines, communément appelée « Protein Corona ». De nombreux auteurs concluent que ce n'est pas que la nature de la nanoparticule en elle-même mais surtout sa « Corona » qui définit son identité biologique et détermine par conséquent la réponse biologique des cellules. Nous proposons de réaliser l'étude au niveau moléculaire, principalement par nanocalorimétrie et Résonance Magnétique Nucléaire, des interactions entre des biomolécules et des nanoparticules de différentes natures et différentes tailles afin de contribuer de manière significative à la compréhension des processus conduisant à la toxicité des nanoparticules. Les biomolécules auxquelles nous nous intéresserons sont des protéines ubiquitaires (albumine de sérum bovin, ubiquitine et thrombine), des lipides (triglycérides saturés et insaturés) et des sucres (sucres N-acétylés : N-acétyl glucosamine, N-acétyl galactosamine) ou des acides aminés. Les nanoparticules qui sont étudiées sont celles régulièrement rencontrées pour des applications biomédicales ou dans des produits de consommation (Au, Ag, TiO2 et SiO2). [The rapid expansion of nanomaterial production and use in numerous products such as cosmetics, automotive parts or food packaging, raises concerns about their safety and/or toxicity for living organisms. These materials may be defined as materials which have structural with dimensions in the 1 to 100 nm range and can be metallic nanoparticles, quantum dots, fullerenes or carbon nanotubes. Several studies have shown that nanoparticles, as gold or titanium dioxyde, can pass through the various protective barriers of living organisms and that inhaled nanoparticles can end up in the bloodstream and be distributed to various organs, including the brain, where they can accumulate at specific sites. These properties could lead to new interesting approaches in the medical field (NanoMedicine) but could also be the source of health hazards if the nanomaterials interfere with biological processes. It is therefore crucial to evaluate the toxicity of these materials both at the molecular and cellular level. The aim of this project is to undertake a thorough investigation of the interactions between different types of nanomaterials (gold, silver and titanium dioxyde nanoparticles, carbon nanotubes) and biological (macro)molecules (proteins, lipids, sugars, nucleic acids). The fate of these nanomaterials in living cells will also be characterized. In all, very little is known about the interactions between nanomaterials and biomolecules. It has however been shown that proteins can associate with inorganic nanoparticles and form an organic corona around the inorganic core. The quantity and structuring of these proteins in the corona are thought to have an effect on the fate and behaviour of the nanoparticles in cells / organisms. We plan to study, using state of the art physico-chemical techniques, nanocalorimetry and NMR spectroscopy, the interactions between biological macromolecules (proteins, lipids, sugars, nucleic acids) and nanoparticles of different nature, which are frequently encountered due to their use for biomedical or antibacterial purposes, or in photovoltaic applications. ]

Solubilisation de récepteurs moléculaires hydrophobes par leur incorporation dans des micelles [Micellar solubilisation of hydrophobic molecular receptors]
The EMNS laboratory is interested in the development of supramolecular systems that can act as hosts in molecular recognition processes in water and accommodate guest molecules. Micellar solubilisation is a powerful method for dissolving hydrophobic molecules in aqueous environments. Micelles are for example widely used in pharmaceutical biotechnology for drug delivery and in extraction processes, avoiding in this manner the use of large amounts of organic solvents. The solubilisation of organo-soluble receptors in micelles is an interesting strategy to obtain water compatible nanosized supramolecular recognition devices which can be prepared via a straightforward self-assembly process. We have for example reported results on the use of this strategy with salophen-based receptors. The micelles not only solubilize the metal complexes but also render the binding of anions more efficient in water than in a protic organic solvent such as methanol. [The EMNS laboratory is interested in the development of supramolecular systems that can act as hosts in molecular recognition processes in water and accommodate guest molecules. Micellar solubilisation is a powerful method for dissolving hydrophobic molecules in aqueous environments. Micelles are for example widely used in pharmaceutical biotechnology for drug delivery and in extraction processes, avoiding in this manner the use of large amounts of organic solvents. The solubilisation of organo-soluble receptors in micelles is an interesting strategy to obtain water compatible nanosized supramolecular recognition devices which can be prepared via a straightforward self-assembly process. We have for example reported results on the use of this strategy with salophen-based receptors. The micelles not only solubilize the metal complexes but also render the binding of anions more efficient in water than in a protic organic solvent such as methanol. ]

Conception, préparation et caractérisation de nanoparticules hybrides organiques-inorganiques [Design, preparation and characterization of hybrid organic-inorganic nanoparticles]
Des nanoparticules de matériaux céramiques qui encapsulent des molécules organiques constituent des capteurs spécifiques qui offrent des applications diverses dans le domaine environnemental. La maîtrise de leur conception et de leur préparation, en particulier de leur taille et porosité, permet de leur conférer des propriétés adaptées à l'application visée. [Specific sensors based on ceramic nanoparticles encapsulating organic molecules have many environmental applications. Being able to design and prepare these sensors with specific size, porosity and surface chemistry allows a fine tuning to a defined application. ]

Étude expérimentale de la stabilité de (bio)molécules et de leur interaction avec d'autres (bio)molécules [Experimental study of the stability of (bio)molecules and their interaction with other (bio)molecules]
Nous étudions par RMN, microcalorimétrie (ITC et DSC) et spectroscopie d'absorption et d'émission UV-Vis la structure, stabilité et dynamique des complexes d'association dans le but d'élucider les interactions non-covalentes impliquées dans les processus de reconnaissance moléculaire. Les systèmes étudiés sont : - enzymes-inhibiteurs - lectines-sucres -oligonucléotides double-brins - réceptuers organiques... [Study bu NMR, microcalorimetry (ITC and DSC) and UVvis spectroscopy of the structure, stability, dynamics of (bio)molecuar complexes with the aim of elucidation the non-covalent interactions at the origin of the molecular recognition process (enzyme-inhibitor complexes, interaction betwen lectins and sugers, oligonucléotides, organic receptors, ...)]

Origine de la matière organique et de l'homochiralité sur la Terre [Origin of organic matter and of homochirality on Earth]
L'énantiospécificité est un aspect important de nombreux processus biologiques et la vie sur Terre aujourd'hui est intimement liée à l'homochiralité des constituants des organismes vivants (acides aminés protéiniques, sucres des acides nucléiques ...). Nous nous intéressons à différents scénarios qui pourraient expliquer les étapes à l'origine de cette homochiralité: rupture de symétrie pour quelques types de molécules, amplification de l'excès énantiomérique de ces molécules et transfert de chiralité vers les autres molécules. [Enantiospecificity is an important aspect of biological processes and life on Earth today is intimately linked to the homochirality of the constituents of living organisms (proteinic aminoacids, sugars present in nucleic acids ...). Our research is devoted to the evaluation of different scenarii which could explain the origin homochirality and whic involve the following steps: breaking of symmetry for certain compounds(apparition of an enantiomeric excess), amplification of the initial disequilibrium followed by a transfer of chirality towards other molecules.]



theses


'' Development and physico-chemical characterization of supramolecular systems for anion recognition in aqueous media '', Flore Keymeulen. Promoteur: K. Bartik, 2016

'' Synthèse et fonctionnalisation de nanoparticules d'or et caractérisation de leurs interactions avec des molécules biologiques '', Matthieu Doyen. Promoteurs: G. Bruylants & K. Bartik, 2016

'' Development and physicochemical characterization of calix[6]arene based chemical recognition systems'', Emilio Brunetti. Promoteurs: K. Bartik & I. Jabin, 2016

''Contribution to the development of nano-systems for the recognition of fluoride in water'', M. Goursaud. Promoteur : K. Bartik, 2013

'' Preparation and physico-chemical characterization of supramolecular fluoride receptors based on uranyl-salophen complexes incorporated within micelles '', P. De Bernardin. Promoteurs: K. Bartik et A. Dalla Cort (Cotutelle La Sapienza - Rome), 2012

'' Origin of Homochirality on Earth: Experimental and Theoretical Investigations '',S. Vandenbussche. Promoteur: K. Bartik, 2009

'' Etude expérimentale de la stabilité, sélectivité d'appariement et dynamique d'oligonucléotides DNA-DNA et LNA-DNA '',M. Boccongelli. Promoteur: K. Bartik, 2008

''Etude par calorimétrie à titrage isotherme (ITC) et spectroscopie de résonance magnétique nucléaire (RMN) des équilibres de protonation liés à l'interaction entre l'alpha-chymotrypsine et la proflavine'', G. Bruylants. Promoteur : K. Bartik, 2005

''The use of 129Xe NMR spectroscopy to probe systems in solution'', E. Locci. Promoteurs : J.Reisse, K. Bartik, M. Luhmer, 2002

''Etude de complexes d'inclusion du xénon monoatomique'', M. El Haouaj. Promoteurs : J. Reisse, K. Bartik, M. Luhmer, 2001

''Etude de l'atmosphère ionique et de la stabilité de la structure double brin d'oligonucléotides par RMN du 23Na'', P. Cahen. Promoteurs : J. Reisse et K. Bartik, 2000



collaborations


Dr Antonella DALLA CORT, Università degli Studi di Roma ''La Sapienza'', Chemistry Department, Rome, Italie

Prof. André MATAGNE, Université de Liège, Département des sciences de la vie, Liège, Belgique

Prof. José MARTINS, Universiteit Gent, Department of Organic Chemistry, Gent, Belgique

Dr Christina REDFIELD, Oxford University, Biochemistry Department, Oxford, Grande-Bretagne

Prof. Tatjana PARAC-VOGT, Katholieke Universeit Leuven, Laboratory of Bioinorganic Chemistry, Leuven, Belgique

Prof. Stéphane VINCENT, Université de Namur, Département de Chimie, Namur, Belgique

Prof. Ivan JABIN, Université libre de Bruxelles, Laboratoire de Chimie Organique, Bruxelles, Belgique

Prof. Michel LUHMER, Université libre de Bruxelles, High Resolution NMR Laboratory, Bruxelles, Belgique

Prof. Cécile MOUCHERON, Université libre de Bruxelles, Laboratoire de Chimie Organique et Photochimie, Bruxelles, Belgique

Dr Sylvestre BONNET, Leiden University, Institute of Chemistry, Leiden, Pays-Bas

Dr Muriel GARGAUD, Université de Bordeaux, Laboratoire d'Astrophysique, Floirac, France

Prof. Giulia LICINI, Università degli Studi di Padova, Departement of Chemical Sciences, Padova, Italie

Prof. Joanne RASSCHAERT, Université libre de Bruxelles, Chimie physiologique, Bruxelles, Belgique

Prof. Bortolo MOGNETTI, Université Libre de Bruxelles, Physics of Complex Systems and Statistical Mechanics, Brussels, Belgique

Dr. Lorenzo DI MICHELE, University of Cambridge, Self-Assembly of Biological and Soft Materials, Cambridge, Grande-Bretagne



prix / awards


Prix Frédéric Swarts, Académie royale des Sciences, des Lettres et des Beaux-Arts de Belgique, 1994 - Kristin BARTIK

Graduate Award ''Henry and Ruth Herzog Fund'', Cornell University (USA), 1988 - Kristin BARTIK

Solvay Awards (Thèse de doctorat), 2006 - Gilles BRUYLANTS

Prix annuel de l'Académie royale de Belgique, section chimie, 2011 - Gilles BRUYLANTS

Membre d'honneur de la Société Européenne de Sonochimie, 2000 - Jacques REISSE

Docteur Honoris Causa de l'Université J. Fourier (Grenoble), 1998 - Jacques REISSE

Fellow of the Accoustical Society of America, 1998 - Jacques REISSE

Membre de la Classe des Sciences de l'Académie royale des Sciences, des Lettres et des Beaux-Arts de Belgique (1999-2009; 2006: Directeur) - Jacques REISSE

Membre de la Classe Technologie et Société de l'Académie royale des Sciences, des Lettres et des Beaux-Arts de Belgique (2009-présent; 2009-2010: co-directeur) - Jacques REISSE

Solvay Awards (Mémoire de Fin d'Etudes), 2012 - Flore KEYMEULEN

Solvay Awards (Mémoire de Fin d'Etudes), 2012 - Matthieu DOYEN

Solvay Awards (Thèse de doctorat), 2014 - Matthieu GOURSAUD

Oeuvre Belge du Cancer (1990) - Laurence LAGNEAUX - Laurence LAGNEAUX

''Fondation Bekales'' (2000) - Laurence LAGNEAUX - Laurence LAGNEAUX



savoir-faire/équipements / know-how, equipment


Acces aux appareils RMN (600 MHz, 400MHz et 300MHz) du centre RMN de l'Université (CIREM)

Nanocalorimètre à titrage isotherme, Nanocalorimètre différentiel à balayage

Spectromètre UV-Vis avec rampe de température



mots clés pour non-spécialistes / keywords for non-specialists


biophysique chimie structurale microcalorimétrie nanochimie résonance magnétique nucléaire


disciplines et mots clés / disciplines and keywords


Biophysique Chimie analytique Chimie appliquée Chimie inorganique Chimie macromoléculaire Chimie organique Chimie structurale Chimie théorique Ingénierie biomédicale Résonance magnétique nucléaire (biophysique)

biomolécules capteurs moléculaires céramiques chiralité interactions non-covalentes micelles nanoparticules origine de la vie recepteurs moléculaires reconnaissance moléculaire reconnaissance moléculaire risque sanitaire


codes technologiques DGTRE


Biophysique moléculaire Chimie organique Chimie structurale Technologie biochimique