Les scientifiques utilisent des outils appelés gradients pour comprendre comment les molécules interagissent dans les systèmes biologiques. Des chercheurs de la North Carolina State University ont développé une nouvelle technique pour créer des gradients biomoléculaires qui est à la fois plus simple que les techniques existantes et qui crée des caractéristiques de surface supplémentaires qui permettent aux scientifiques de surveiller d'autres aspects du comportement moléculaire.

Un gradient est un matériau qui a une molécule spécifique à sa surface, la concentration de la molécule passant d'une concentration élevée à une extrémité à une faible concentration à l'autre extrémité. Le gradient est utilisé non seulement pour déterminer si d'autres molécules interagissent avec les molécules sur le gradient, mais pour déterminer le niveau de seuil auquel les interactions ont lieu.

La nouvelle technique commence par créer un substrat, préparé dans le laboratoire du professeur d'État NC Dr. Salah Bedair, à partir du matériau semi-conducteur nitrure d'indium et de gallium (InGaN). Le substrat lui-même est un gradient, en pente d'une extrémité riche en indium (avec une plus grande proportion d'indium au gallium) à une extrémité riche en gallium. L'extrémité riche en indium est plus propice à la formation d'oxydes. Lorsqu'il est exposé à l'humidité, des oxydes d'indium et de gallium chargés négativement se forment à la surface du substrat. Le développement du substrat à ces fins a été proposé par le Dr Tania Paskova, professeur de génie électrique et informatique à NC State.

Les chercheurs ont ensuite mis le substrat dans une solution qui contient un acide aminé appelé L-arginine, qui est chargé positivement à des niveaux de pH biologiquement pertinents, tels que ceux trouvés dans le corps humain.

"La L-arginine se lie aux oxydes chargés négativement à la surface du substrat, " dit Lauren Bain, un doctorat étudiant à NC State qui est l'auteur principal d'un article sur le travail. "Parce qu'il y a plus d'accumulation d'oxyde à l'extrémité riche en indium, il y a une concentration plus élevée de L-arginine à cette extrémité, et la concentration diminue progressivement le long de la surface du substrat à mesure que vous vous déplacez vers l'extrémité riche en gallium.

"Nous avons étudié la L-arginine parce qu'elle est petite, mais pertinent. Parce qu'il est petit, nous pouvions facilement évaluer ce qui se passait pendant notre étude, ", dit Bain. "Mais parce que c'est un élément constitutif des protéines, nous pouvons nous appuyer sur ce travail pour étudier des peptides et des protéines complets, tels que des ligands qui se lient aux récepteurs cellulaires. »

"Cette technique crée également des changements dans la topographie de la surface de l'InGaN, sur la base des différentes structures cristallines au sein du matériau au fur et à mesure qu'il passe de riche en indium à riche en gallium, " dit le Dr Albena Ivanisevic, auteur principal de l'article. "Cela nous permet d'évaluer les différences topographiques dans l'adhésion moléculaire, ce qui est important, étant donné la variété des topographies trouvées dans les systèmes biologiques. » Ivanisevic est professeur agrégé de science et d'ingénierie des matériaux à NC State et professeur agrégé du programme conjoint de génie biomédical à NC State et à l'Université de Caroline du Nord à Chapel Hill.