Les structures imbriquées se trouvent couramment dans la nature et l'art, qu'ils soient sous forme de cernes, poupées russes, ou la célèbre peinture abstraite de 1913 de Vassily Kandinsky Étude de couleur :Carrés avec cercles concentriques. Maintenant dans une nouvelle étude, les chimistes ont construit des supramolécules géantes imbriquées ou "cercles supramoléculaires de Kandinsky, " dont certains ont plus de 30 ans, 000 fois plus lourd qu'un atome d'hydrogène. Les scientifiques démontrent que ces supramolécules sont hautement toxiques pour les résistants à la méthicilline Staphylococcus aureus (SARM), fournissant potentiellement une nouvelle méthode pour lutter contre ces agents pathogènes mortels.

Les chercheurs, Heng Wang, Xiamine Qian, et leurs coauteurs dans des universités en Chine et aux États-Unis, ont publié un article sur les cercles supramoléculaires antimicrobiens de Kandinsky dans un récent numéro de Communications naturelles.

"Les biomatériaux basés sur les cercles supramoléculaires de Kandinsky ouvrent une nouvelle voie au développement d'une nouvelle génération d'antibiotiques avec de nouveaux mécanismes grâce à la formation de canaux transmembranaires sans précédent avec une taille de pores distincte, " a déclaré le coauteur Xiaopeng Li de l'Université de Floride du Sud Phys.org .

Bien qu'appelés cercles supramoléculaires de Kandinsky, les supramolécules sont composées d'hexagones emboîtés plutôt que de cercles, leur donnant l'apparence de toiles d'araignées moléculaires. Construire des structures supramoléculaires imbriquées a été un formidable défi, que les chercheurs abordent ici en utilisant l'auto-assemblage piloté par la coordination. Dans cette méthode, les supramolécules sont composées de complexes de coordination, qui se composent d'un ion métallique central entouré de ligands organiques qui se ramifient pour permettre la formation de plusieurs couches 2-D d'hexagones emboîtés.

Lors de l'observation de ces structures supramoléculaires avec diverses technologies d'imagerie, les chercheurs ont découvert qu'ils ont une forte tendance à se recroqueviller en nanostructures tubulaires. En partie pour cette raison, ainsi que les résultats de recherches antérieures, les scientifiques soupçonnaient que les nouvelles supramolécules pouvaient avoir des propriétés antimicrobiennes. Ils ont testé les supramolécules sur deux types de bactéries, SARM et E. coli , et a constaté que les supramolécules étaient hautement toxiques pour le SARM mais incapables d'inhiber E. coli . Cela est probablement dû à la différence dans les parois cellulaires : E. coli , qui est à Gram négatif, a à la fois une membrane interne et une membrane externe, tandis que le SARM, qui est Gram positif, n'a qu'une membrane interne et est donc plus sensible aux supramolécules.

Des expériences ont montré que le mécanisme antibactérien des supramolécules provient de la structure hexagonale emboîtée, qui s'enroule dans un tube, pénètre dans la membrane interne, et fournit un canal à travers lequel le cytoplasme de la cellule bactérienne s'échappe. Après quelques heures, la fuite du contenu cytoplasmique entraîne la mort cellulaire. D'autre part, les supramolécules présentent une toxicité négligeable pour les globules rouges, que les chercheurs attribuent à une attraction électrostatique plus faible entre les surfaces des supramolécules et ces cellules, par rapport à la surface des supramolécules et des bactéries.

À l'avenir, les cercles supramoléculaires de Kandinsky pourraient fournir une nouvelle stratégie défensive contre le SARM, avec des avantages potentiels qui peuvent inclure la prévention des bactéries de développer une résistance aux antibiotiques, ainsi que de réduire la toxicité pour les cellules humaines. En effet, les supramolécules ont de faibles concentrations minimales inhibitrices (CMI), ce qui signifie qu'il en faut moins pour inhiber la croissance bactérienne, par rapport à d'autres agents antimicrobiens. Une possibilité est de combiner les supramolécules avec des antibiotiques existants afin de réaliser ces avantages. Avant cette date, les chercheurs prévoient d'apporter d'autres améliorations aux supramolécules.

"Nous augmenterons la solubilité dans l'eau des cercles de Kandinsky pour améliorer encore leur activité antibactérienne, " dit Li.

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