Un système artificiel utilisant un hydrogel contenant de l'ADN peut recevoir un signal chimique et libérer la protéine appropriée, selon les chercheurs de Penn State. Une stimulation supplémentaire par le signal chimique continue de déclencher une réponse.

Un hydrogel est un réseau de chaînes polymères qui attirent l'eau et peut être utilisé pour simuler un tissu biologique.

De nombreux systèmes dans les cellules et dans le corps humain sont configurés avec une voie de signal et de réponse. L'un des plus connus est celui du glucose, un petit sucre qui déclenche la libération d'insuline.

Nous ne l'avons fait que récemment dans une boîte de Pétri, " dit Yong Wang, professeur de génie biomédical. "Nous avons fait des tests en utilisant des cellules musculaires lisses, mais nous aimerions bien sûr le faire sur un animal vivant."

Les chercheurs rapportent dans le numéro de novembre de Sciences chimiques , "Avec une conception rationnelle, ce système d'hydrogel biomimétique constituerait une plate-forme générale de contrôle de la sortie de protéines de signalisation pour des applications potentielles polyvalentes telles que l'administration de médicaments, régulation cellulaire, détection moléculaire et médecine régénérative.

L'hydrogel, en polyéthylène glycol, est imprégné de deux types d'ADN différents. L'un est un aptamère, un court brin d'ADN qui se fixe au produit chimique que les chercheurs souhaitent libérer dans la cellule. Dans le cas du glucose et de l'insuline, l'aptamère lierait avec l'insuline le "médicament" que les chercheurs veulent libérer. L'autre type est une molécule d'ADN hélicoïdale double brin choisie pour réagir avec le signal du métabolite - le glucose - et initier la libération chimique.

Lorsque la molécule de signalisation atteint un double brin d'ADN, l'ADN se sépare en deux brins. Un brin se lie à la molécule et l'autre se déplace vers l'aptamère et le force à libérer la protéine qui lui est liée. La protéine peut alors se déplacer à travers les cellules jusqu'à son site de liaison normal et effectuer ses actions normales.

"Ce n'était pas un processus simple à créer, " a déclaré Wang. " Un étudiant diplômé a travaillé dessus pendant trois ans avant d'abandonner. Au total, il a fallu quatre à cinq ans pour en arriver là. » Les chercheurs ont utilisé l'adénosine comme produit chimique de signalisation et le facteur de croissance dérivé des plaquettes comme protéine de signalisation à libérer. Le système peut répéter la séquence, libérant des protéines de signalisation jusqu'à ce qu'il n'y en ait plus à libérer.

"Nous ne savons pas encore comment reconstituer facilement les protéines, " dit Wang.

Les chercheurs ont testé le système d'hydrogel adénosine-PDGF-BB et ont découvert que sans un signal chimique, la quantité de protéine de signalisation libérée par l'hydrogel était très faible. Lorsque le signal chimique, l'adénosine, a été appliqué, l'hydrogel a libéré environ 28 pour cent de la protéine de signalisation cible-PDGF-BB. D'autres produits chimiques similaires à l'adénosine, comme la guanosine et l'uridine n'ont pas provoqué la libération de PDGF-BB de l'hydrogel.

« À terme, nous aimerions utiliser ce système pour l'administration contrôlée de médicaments et d'autres actions biologiques, " dit Wang.