Vue d'artiste des cubes de phospholipides observés. Les molécules sont si étroitement emballées que la membrane peut à peine être pliée, ce qui donne la forme cubique. Crédit :Moser Graphic Design moser.ch
Pour la première fois, des scientifiques ont observé une molécule lipidique contenant du phosphore qui s'assemble d'elle-même pour former des cubes. Des recherches menées dans des installations telles que DESY ont montré que la forme inhabituelle est due à des liaisons spéciales dans la molécule synthétique, un phospholipide particulier. Les phospholipides jouent un rôle important dans les organismes vivants, formation de membranes, entre autres. Les nouvelles découvertes améliorent la compréhension des forces agissant au sein des membranes biologiques et pourraient ouvrir de nouvelles voies en médecine. Les chercheurs dirigés par Andreas Zumbühl de l'Université de Fribourg en Suisse présentent leurs résultats dans la revue Angewandte Chemie .
Leur structure chimique particulière permet aux phospholipides de s'auto-assembler pour former des membranes constituées de deux couches de molécules connectées. Ce sont des éléments clés des membranes biologiques qui séparent les différentes parties d'une cellule vivante. Les membranes constituées de phospholipides peuvent également se former automatiquement en trois dimensions, structures fermées, par exemple dans l'eau où ils produisent ce qu'on appelle des vésicules.
Normalement, ces vésicules sont de forme sphérique, pour minimiser la tension superficielle. Cependant, le 1, Le 2-diamidophospholipide désormais analysé par les scientifiques produit des vésicules cuboïdes à température ambiante. En effet, ce phospholipide forme des couches très compactes et donc très rigides, qui sont très difficiles à plier, grâce à des liens spéciaux, connu sous le nom de liaisons hydrogène, qui minimise la distance entre les molécules. Lorsqu'il s'assemble en une structure tridimensionnelle, la membrane continue de privilégier les surfaces planes et les structures ayant le moins de bords possible, conditions remplies par un cube.
Sa structure inhabituelle pourrait rendre ce phospholipide intéressant pour des applications médicales, par exemple pour administrer des médicaments à des parties spécifiques du corps. "Les bords du cube sont formés par la couche moléculaire externe, alors que la couche interne présente ici une discontinuité. Ce défaut de membrane signifie que la structure peut y casser si le cube est secoué, " explique Zumbühl. Un médicament qui a été encapsulé dans le cube peut donc être libéré de manière contrôlée. " On pourrait par exemple encapsuler un médicament qui dissout les caillots sanguins et l'utiliser en cas d'urgence après une crise cardiaque. Des contraintes de cisaillement élevées seraient exercées sur le cube dans une artère bloquée, libérer le médicament précisément à l'endroit où il peut faire le plus de bien, " dit Zumbühl. Le cube actuellement à l'étude n'est pas lui-même adapté à de telles applications, cependant, car il est encore trop fragile.
Des cubes de phospholipides comme ceux-ci pourraient un jour être utilisés pour une administration ciblée de médicaments. Les bords du cube sont son point le plus faible, afin qu'il puisse être ouvert en secouant ou en appliquant des forces plus importantes, libérant la substance enfermée quand et où cela est nécessaire. Crédit :Moser Graphic Design moser.ch
Pour l'équipe de chercheurs, le phospholipide examiné est avant tout une étape importante sur la voie d'un objectif plus grand :« Nous aimerions comprendre quelles forces agissent dans la membrane, afin que nous puissions plus tard les influencer délibérément. Cela nous permettrait d'utiliser les phospholipides comme une sorte de matériau de construction, de manière à construire des structures spécifiques au niveau cellulaire, " dit Zumbühl. Pour comprendre les détails précis des phospholipides, les scientifiques synthétisent certaines molécules, modifiant légèrement à chaque fois leur structure et leurs propriétés, afin de voir quel effet cela a. Parce qu'un petit changement dans la structure d'un phospholipide peut avoir un effet important.
La ligne de lumière P08 de la source de rayons X PETRA III de DESY a dû être spécialement équipée pour ce type d'investigations structurelles à la frontière entre l'air et l'eau. "Grâce à l'optimisation de nos installations et au contrôle précis des températures et des pressions agissant sur les membranes, même la pression de surface dans une couche individuelle du 1, Le 2-diamidophospholipide a pu être déterminé, " explique Olof Gutowski, scientifique en ligne de lumière de DESY, qui a rendu ces mesures possibles. Le résultat a surpris les scientifiques :« Pendant 30 ans, il a été généralement admis que la pression dans une membrane biologique doit être relativement élevée, environ 30 Millinewton par mètre, " dit Zumbühl. " Dans la membrane que nous avons étudiée, cependant, la pression doit être considérablement plus faible, environ 5 à 10 Millinewton par mètre. Cela remet en question la règle empirique de longue date. »
