Les canaux ioniques artificiels développés par les chercheurs d'A*STAR pourraient ouvrir la voie à de nouveaux types d'agents antibactériens et de capteurs biomédicaux.

Les canaux ioniques sont des autoroutes biochimiques qui permettent aux ions de métaux tels que le potassium et le sodium de zoomer à l'intérieur et à l'extérieur des cellules. Surtout, les canaux sont généralement très sélectifs, ne laissant passer qu'un seul type d'ion et en interdisant les autres. Par exemple, le canal ionique potassium naturel KcsA peut transporter 100 millions d'ions par seconde, et ne laisse passer qu'un ion sodium pour 10, 000 ions potassium.

"Mais les canaux ioniques à base de protéines sont coûteux et difficiles à manipuler, " explique Huaqiang Zeng de l'Institut de bio-ingénierie et de nanotechnologie A*STAR. " Des versions synthétiques sont donc en cours de développement pour imiter et éventuellement surpasser les fonctions présentées par les canaux protéiques naturels. " Cependant, il a été difficile de développer des canaux artificiels ayant une forte sélectivité pour le potassium par rapport aux ions sodium.

Zeng et ses collègues ont maintenant développé des canaux ioniques qui offrent un transport rapide des ions potassium, avec une sélectivité parmi les plus élevées rapportées pour n'importe quel canal ionique artificiel. Le canal est formé d'une série de molécules identiques qui s'empilent les unes sur les autres. Chaque molécule contient trois composants. À une extrémité se trouve un éther couronne, un grand anneau d'atomes de carbone et d'oxygène; au milieu se trouve un acide aminé, qui contient des groupes chimiques qui permettent aux molécules de s'empiler selon un motif spécifique ; et à l'autre extrémité est un long, « queue » à base de carbone. Ces molécules peuvent s'auto-assembler pour que les anneaux d'éther couronne s'alignent pour former un tube, qui agit comme un canal ionique.

Les chercheurs ont créé une bibliothèque de molécules utilisant divers acides aminés, différentes longueurs de chaînes alkyles, et les éthers couronnes qui contenaient cinq ou six atomes d'oxygène. Ensuite, ils ont formé des membranes à partir des canaux empilés, et testé leurs propriétés de transport d'ions.

Le canal le plus sélectif qu'ils ont étudié contenait un éther couronne avec cinq atomes d'oxygène, un acide aminé phénylalanine, et une chaîne alkyle contenant huit atomes de carbone. Cela pourrait transporter 30 millions d'ions par seconde, et était environ dix fois plus sélectif pour les ions potassium que pour les ions sodium. Cela offre une bien meilleure performance que les canaux ioniques potassiques artificiels précédents à base d'éthers couronnes ou d'autres échafaudages moléculaires.

Les trois composants des molécules peuvent être facilement modifiés pour affiner les propriétés des canaux, Zeng est donc optimiste quant au fait que son équipe peut encore améliorer ses performances. Ils espèrent tester leurs systèmes optimisés dans des applications médicales, tels que des agents antibactériens ou des activateurs de croissance des cheveux.