(PhysOrg.com) -- Les nanoparticules d'or -- de minuscules sphères d'or de quelques milliardièmes de mètre de diamètre -- sont devenues des outils utiles en médecine moderne. Ils ont été incorporés dans des systèmes miniatures d'administration de médicaments pour contrôler la coagulation du sang, et ils sont aussi les principaux composants d'un appareil, maintenant en essais cliniques, qui est conçu pour brûler les tumeurs malignes.

Cependant, une propriété de ces particules fait obstacle à de nombreux développements nanotechnologiques :elles sont collantes. Les nanoparticules d'or peuvent être conçues pour attirer des biomolécules spécifiques, mais ils adhèrent également à de nombreuses autres particules involontaires, ce qui les rend souvent inefficaces dans leur tâche désignée.

Les chercheurs du MIT ont trouvé un moyen de transformer cet inconvénient en avantage. Dans un article récemment publié dans American Chemical Society Nano , Le professeur agrégé Kimberly Hamad-Schifferli des départements de génie biologique et de génie mécanique et le postdoctorant Sunho Park PhD '09 du département de génie mécanique ont indiqué qu'ils pourraient exploiter l'adhésivité des nanoparticules pour doubler la quantité de protéines produites lors de la traduction in vitro - un élément important outil que les biologistes utilisent pour produire en toute sécurité une grande quantité de protéines à étudier en dehors d'une cellule vivante.

Pendant la traduction, des groupes de biomolécules se réunissent pour produire des protéines à partir de modèles moléculaires appelés ARNm. La traduction in vitro exploite ces mêmes composants biologiques dans un tube à essai (par opposition à la traduction in vivo, qui se produit dans les cellules vivantes), et un ARNm artificiel peut être ajouté pour garantir la production d'une protéine souhaitée. Par exemple, si un chercheur voulait étudier une protéine qu'une cellule ne produirait pas naturellement, ou une protéine mutée qui serait nocive pour la cellule in vivo, il pourrait utiliser la traduction in vitro pour créer de grandes quantités de cette protéine à des fins d'observation et de test. Mais il y a un inconvénient à la traduction in vitro :elle n'est pas aussi efficace qu'elle pourrait l'être. « Vous pourriez avoir des protéines un jour, et aucun pour les deux suivants, », explique Hamad-Schifferli.

Avec le financement de l'Institut d'imagerie biomédicale et de bioingénierie, Hamad-Schifferli et ses collègues ont initialement entrepris de concevoir un système qui empêcherait la traduction. Ce processus, connu sous le nom d'inhibition de la traduction, peut arrêter la production de protéines nocives ou aider un chercheur à déterminer la fonction des protéines en observant le comportement des cellules lorsque la protéine a été retirée. Pour y parvenir, Hamad-Schifferli a attaché de l'ADN à des nanoparticules d'or, s'attendant à ce que les grands agrégats de nanoparticules d'ADN (NP-ADN) bloquent la traduction.

Elle était découragée, cependant, pour constater que le NP-ADN n'a pas diminué la production de protéines comme prévu. En réalité, elle avait des données troublantes suggérant qu'au lieu d'empêcher la traduction, le NP-ADN le boostait. "C'est à ce moment-là que nous avons mis nos casquettes d'ingénieur, », se souvient Hamad-Schifferli.

Il s'avère que les nanoparticules collantes rapprochent les biomolécules nécessaires à la traduction, ce qui permet d'accélérer le processus de traduction. En outre, la partie ADN du complexe NP-ADN est conçue pour se lier à une molécule d'ARNm spécifique, qui sera traduit en une protéine spécifique. La liaison doit être suffisamment serrée pour maintenir l'ARNm en place pour la traduction, mais suffisamment lâche pour que l'ARNm puisse également se fixer aux autres molécules nécessaires au processus. Parce que la molécule d'ADN conçue a un partenaire d'ARNm spécifique, que l'ARNm dans une solution de nombreuses molécules similaires peut être amélioré sans avoir à être isolé.

En plus d'améliorer la traduction in vitro, Les complexes NP-ADN de Hamad-Schifferli pourraient avoir d'autres applications. Selon Ming Zheng, un chimiste de recherche à l'Institut national des normes et de la technologie, ils pourraient être combinés avec des nanotubes de carbone - minuscules, des cylindres creux incroyablement solides pour leur taille. Ils peuvent finalement être la pierre angulaire des systèmes de transport qui transportent les médicaments dans les cellules ou entre les cellules. Le caractère collant de l'ADN-NP pourrait améliorer la vitesse et la précision d'un tel système d'administration de médicaments.

Bien que Hamad-Schifferli soit convaincu que sa découverte rendra la traduction in vitro plus fiable et plus efficace, elle n'a pas fini. Elle espère bricoler son système pour améliorer encore la production de protéines in vitro, et voir si le système peut être appliqué pour améliorer la traduction dans les cellules vivantes. Pour aider à atteindre ces objectifs, elle doit concevoir et mener des expériences pour déterminer quelles molécules sont impliquées dans le processus d'amélioration, et comment ils interagissent. « L'avantage, c'est que nous avons eu de la chance, " Hamad-Schifferli dit, réfléchir à sa découverte. "L'inconvénient est qu'il sera difficile de déterminer exactement comment le système fonctionne."