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Les protocellules synthétiques peuvent se déplacer vers les signaux chimiques et s’en éloigner, ce qui constitue une étape importante pour la mise au point de nouveaux systèmes d’administration de médicaments qui pourraient cibler des endroits précis de l’organisme.

Des protocellules synthétiques

En enrobant la surface des protocellules d’enzymes – des protéines qui catalysent les réactions chimiques – une équipe de chercheurs de Penn State a pu contrôler la direction du mouvement des protocellules dans un gradient chimique d’un dispositif microfluidique.
Cette recherche consiste à livrer les médicaments par de minuscules « robots » qui peuvent les transporter à l’endroit précis où ils sont nécessaires », a déclaré Ayusman Sen responsable de l’équipe de recherche.
« Actuellement, si vous prenez un antibiotique pour une infection dans votre jambe, il se diffuse dans tout votre corps. Vous devez donc prendre une dose plus élevée afin d’obtenir assez d’antibiotique qui ira vers votre jambe où il est nécessaire. Si nous pouvons contrôler le mouvement d’un système de distribution de médicaments, non seulement nous réduisons la quantité de médicament nécessaire, mais nous pouvons aussi augmenter sa vitesse d’administration. »

La chimiotaxie 

Une façon d’aborder la question de l’orientation du contrôle est que le système d’administration des médicaments reconnaisse les signaux chimiques spécifiques provenant du site infecté, un phénomène appelé chimiotaxie, et qu’il s’oriente vers lui. De nombreux organismes utilisent la chimiotaxie comme stratégie de survie, pour trouver de la nourriture ou échapper aux toxines.
Des travaux antérieurs avaient démontré que les enzymes subissaient un mouvement chimiotactique parce que les réactions qu’elles catalysent produisent de l’énergie qui peut être exploitée. Cependant, la plupart de ces travaux ont porté sur la chimiotaxie positive, c’est-à-dire le mouvement vers un produit chimique. Jusqu’à présent, peu de travaux avaient été faits sur la chimiotaxie négative. La chimiotaxie « accordable », c’est-à-dire la capacité de contrôler la direction du mouvement vers différents signaux chimiques.

Les protocellules auxquelles on attache des enzymes

Les chercheurs fabriquent des protocellules de taille uniforme, de minuscules sacs appelés liposomes qui ont les mêmes composants que les cellules naturelles. Ils peuvent alors attacher différentes enzymes à la surface externe de ces protocellules. Les enzymes utilisées pour cette étude étaient l’uréase et l’ATPase. Ces enzymes transforment des réactifs spécifiques en produits ; la catalase, par exemple, transforme le peroxyde d’hydrogène en eau et en oxygène.
« Nous plaçons les liposomes enrobés d’enzymes dans un dispositif microfluidique qui maintient un gradient du réactif de l’enzyme ou de ses produits », a déclaré Ambika Somasundar, étudiante diplômée à Penn State et première auteur de l’article. « Nous pouvons alors mesurer le mouvement des liposomes vers ou à partir de produits chimiques spécifiques. »
Dans leurs expériences, les protocellules revêtues de catalase se sont déplacées vers leur réactif, tandis que les protocellules revêtues d’uréase se sont éloignées de leur réactif. Les protocellules enrobées d’ATPase se sont rapprochées et se sont éloignées du réactif, en fonction de la concentration.

Le contrôle fin de ces protocellules 

« Pour livrer efficacement les médicaments, il faut deux choses : la capacité de transporter le médicament et la capacité de contrôler avec précision les mouvements », a dit Sen, « l’intérieur des protocellules que nous utilisons peut être rempli d’une charge utile et nous nous rapprochons maintenant du contrôle fin de leurs mouvements ».
Un article décrivant cette recherche a été publié Nature Nanotechnology.
Source : Penn State University
Crédit photo : Pixabay

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