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Les nanomoteurs sont des dispositifs moléculaires ou nanométriques qui peuvent se déplacer dans un milieu biologique en convertissant l’énergie chimique en mouvement, et peuvent être utilisés pour l’administration de médicaments. En général, les nanomoteurs utilisent des biomolécules pour la propulsion. Cependant, ces molécules peuvent subir une dégradation lorsqu’elles se trouvent dans le corps.

Un nanomoteur

Des chercheurs de l’Institut des systèmes moléculaires complexes (ICMS) de l’Université de technologie d’Eindhoven (TU/e), ainsi que des chercheurs de l’Université de Soochow, de l’Université de Swansea et de l’Institut de bio-ingénierie de Catalogne (IBEC) ont développé une nouvelle approche hybride pour les nanomoteurs biodégradables, où les nanoparticules inorganiques stockées dans les nanomoteurs aident à propulser ces nanomoteurs. Cette étude a été publiée dans la revue Nano Letters.
Un domaine émergent de la biomédecine actuellement en cours d’exploration est l’utilisation de particules motorisées qui font la navette entre les médicaments et les tissus malades. Pour fonctionner correctement, ces particules doivent être biocompatibles, biodégradables et suffisamment petites pour circuler et se rendre là où elles sont nécessaires – comme dans des vaisseaux sanguins.
Un article récent publié décrit l’ingénierie et la fonctionnalité d’un nanomoteur qui répond à toutes ces exigences. Cette structure hybride, qui est composée d’un extérieur organique, se propulse à l’aide d’une nanoparticule inorganique agissant comme un moteur que les chercheurs ont synthétisé à l’intérieur du véhicule hybride.

La composition d’un véhicule et son mode de propulsion

Le véhicule hybride est composé d’une structure appelée stomatocyte, assemblée à partir de blocs de construction en poly(éthylène glycol)-poly(D,L-lactide) (PEG-PDLLA), qui est chargée de dioxyde de manganèse. Les stomatocytes du copolymère séquencé PEG-PDLLA sont des structures en forme de bol et ont une cavité intérieure creuse avec une petite ouverture vers l’extérieur. Des recherches antérieures ont démontré la capacité de ces particules à confiner et à protéger un moteur ou un carburant à l’intérieur de cette cavité, qui peut ensuite être catalysée pour déclencher un mouvement à travers des environnements biologiques complexes.
Le présent ouvrage propose une approche novatrice : le moteur au dioxyde de manganèse est synthétisé à l’intérieur du nanomoteur du stomatocyte. Lorsque ce moteur à base inorganique réagit avec le peroxyde d’hydrogène, il crée des nanobulles d’oxygène qui sont expulsées par la petite ouverture du stomatocyte, et propulse ainsi la structure dans la direction opposée.
Le peroxyde d’hydrogène, qui est toxique pour les cellules, est fortement exprimé dans les microenvironnements tumoraux. Les stomatocytes peuvent également être réutilisés à condition que le moteur à l’intérieur de leur cavité reste fonctionnel, et s’il n’est pas utilisé, ce moteur ne « s’échappe » pas de l’ouverture même après une période de trois mois.

Plusieurs applications potentielles

La structure hybride est entièrement biocompatible et biodégradable, grâce à son extérieur organique. En outre, les nanomoteurs pourraient être utilisés comme plateformes multimodales et il est possible de contrôler des particules à distance à l’aide de champs magnétiques ou via la lumière. En d’autres termes, ces nouveaux composés hybrides présentent les meilleures caractéristiques des nano-architectures inorganiques et organiques. Cette étude ouvre la voie à une exploration plus approfondie des nanomoteurs autonomes et de leurs nombreuses applications potentielles en biomédecine.
Cette recherche a été publiée dans Nano Letters.
Source : Eindhoven University of Technology
Crédit photo : Pixabay