Lors de la construction avec des molécules, il est important de comprendre comment ils se collent les uns aux autres. Le problème est que les méthodes utilisées pour mesurer cela sont elles-mêmes un facteur d'influence sur le processus. Dans aujourd'hui Communication Nature , chercheurs de la TU Eindhoven, dirigé par le professeur Bert Meijer, présentent une méthode qui exclut cette influence et qui peut mesurer la vitesse à laquelle les petites molécules se détachent d'une entité moléculaire plus grande dissoute dans l'eau. La particularité de cette méthode est qu'elle est normalement utilisée pour une application assez différente.

Avant qu'un mécanicien automobile puisse fabriquer une voiture, il a besoin de connaître les composants constitutifs. Il en est de même pour « construire » avec des molécules, par exemple, pour créer des capsules pour transporter des médicaments à travers le corps humain ou pour fabriquer un hydrogel médical pour l'administration locale de médicaments et la thérapie par cellules souches.

Monomères pour polymères

Ces capsules ou matériaux ont tendance à être constitués de polymères qui, à son tour, sont constitués de blocs de construction plus petits, ou des monomères. Dans les molécules auto-assemblées, ces monomères forment par eux-mêmes des polymères, par exemple sous la forme de longs fils ou de petites pastilles dans lesquelles les médicaments peuvent être transportés.

Les monomères dans ces auto-assemblages, les polymères supramoléculaires ne sont pas attachés les uns aux autres mais se collent légèrement les uns aux autres. Cela donne aux monomères la possibilité de se détacher et de se rattacher au polymère. La température ambiante ou l'acidité (pH) a une influence sur cette mobilité. Il est donc important que les chercheurs ou les fabricants le sachent s'ils souhaitent utiliser des capsules dans le corps humain où la température et le niveau d'acidité ne sont pas les mêmes partout.

Deutérium au lieu de colorant

La mesure d'une telle mobilité se fait généralement en couplant un colorant à la molécule, mais le problème est que le colorant est plus lourd que la molécule et a donc une influence sur le mouvement lui-même. Doctorant René Lafleur, avec son collègue Xianwen Lou, a maintenant démontré que ce n'est pas le cas lors de l'utilisation de la méthode « spectrométrie de masse par échange hydrogène/deutérium ». Cette méthode est déjà utilisée pour étudier le repliement des protéines - également un type de polymère - mais à ce jour n'a pas été utilisée pour cette application.

Alors, comment ça marche? Une fois que les monomères dissous dans l'eau se sont collés les uns aux autres et ont formé un polymère, les chercheurs les dissolvent dans de l'eau lourde. Les monomères qui se détachent du polymère entrent en contact avec le deutérium dans l'eau lourde, moyennant quoi l'atome d'hydrogène est remplacé par un atome de deutérium, qui est juste un peu plus lourd. Le poids supplémentaire, cependant, est environ 450 fois plus petit que le colorant actuellement utilisé, et donc ce poids supplémentaire n'affecte pas la mobilité.

Des mouvements plus petits peuvent être mesurés

Le petit changement de masse peut être détecté par Lafleur et Lou, et il peut être mesuré à nouveau lorsque le monomère se rattache au polymère. La vitesse à laquelle les monomères augmentent en masse fournit donc une mesure de la vitesse à laquelle les monomères se détachent du polymère.

Un aspect particulier des résultats de la recherche est que tandis que de nombreux monomères se détachent du polymère en quelques minutes et augmentent ainsi en masse, d'autres ont besoin d'une période d'heures voire de jours pour le faire. En outre, les chercheurs ont démontré qu'un petit changement dans la taille du monomère affecte la mobilité. Les plus gros monomères restent plus longtemps dans le polymère et sont moins rapidement mobiles que les plus petits monomères. Ces différences ne pouvaient pas être mesurées auparavant car les molécules de colorant utilisées étaient trop grosses; la méthode HDX-MS peut même maintenant mesurer l'effet des petites différences de taille des molécules sur la mobilité des molécules.