Une combinaison de microtubules naturels et de récepteurs macrocycliques synthétiques permet le contrôle de la lumière, agrégation réversible des microtubules en nanostructures plus grandes. Comme les scientifiques chinois l'ont rapporté dans le journal Angewandte Chemie , dans un environnement cellulaire, ces microtubules agrégés peuvent également modifier la morphologie cellulaire, provoquant la mort cellulaire. Les chercheurs espèrent en savoir plus sur les maladies causées par une mauvaise agrégation de protéines.

Dans la nature, l'agrégation de molécules en superstructures joue un rôle important. Les microtubules dynamiques sont des filaments de protéines qui se combinent avec d'autres composants pour former les cytosquelettes de nos cellules. Au cours du cycle cellulaire, les microtubules s'assemblent et se désassemblent constamment. Des scientifiques de l'Université de Nankai et du Collaborative Innovation Center of Chemical Science and Engineering (Tianjin, Chine) a eu l'idée de combiner des microtubules en agrégats supramoléculaires plus grands à l'aide de « récepteurs » synthétiques. Ils espéraient ainsi produire des biomatériaux innovants et acquérir de nouvelles connaissances sur les processus d'agrégation biologique.

Pour attacher les récepteurs synthétiques aux microtubules, l'équipe travaillant avec Yu Liu a choisi un médicament anticancéreux appelé paclitaxel. Cette molécule se lie aux microtubules et bloque la déconstruction du cytosquelette, arrêter la division cellulaire et provoquer la mort cellulaire. En tant que récepteur, les chercheurs ont choisi une grosse molécule en forme de coupe de la famille des cyclodextrines. Ces molécules macrocycliques peuvent incorporer d'autres molécules comme "invités" dans leurs grandes cavités. Dans ce cas l'invité est un arylazopyrazole (AAP), une molécule avec deux cycles aromatiques pontés par une double liaison azote-azote. La molécule peut prendre l'une des deux formes suivantes :une forme cis courbée et une forme trans droite. Seule la version droite rentre dans la "coupe" de cyclodextrine. L'astuce ici est que, en utilisant la lumière de deux longueurs d'onde différentes, l'AAP peut être basculé entre ses deux formes à volonté.

Les chercheurs ont utilisé le paclitaxel comme connecteur pour attacher les « coupelles » et leurs « invités » aux microtubules. L'irradiation avec la lumière visible et UV fait basculer les microtubules entre une forme agrégée et non agrégée, respectivement, comme démontré par l'examen spectroscopique et microscopique. Les agrégats prennent une large gamme de variations morphologiques, allant des nanofibres aux nanorubans et nanoparticules de différentes tailles.

Il est particulièrement intéressant que l'agrégation des microtubules puisse également être déclenchée au sein des cellules. Cela provoque le rétrécissement et la mort des cellules, ce qui démontre que l'effet cytotoxique du paclitaxel peut être augmenté de manière significative.

Les chercheurs espèrent que leur approche augmentera notre compréhension des processus impliqués dans le nanoassemblage de protéines physiologiques et pathologiques, et pourrait créer de nouvelles perspectives dans le traitement des maladies causées par une mauvaise agrégation des protéines.