Des scientifiques de l'Université de Fribourg ont développé des systèmes de matériaux composés de composants biologiques et de matériaux polymères et capables de percevoir et de traiter des informations. Ces systèmes biohybrides ont été conçus pour remplir certaines fonctions, comme le comptage des impulsions du signal afin de libérer des molécules ou médicaments bioactifs au bon moment, ou pour détecter des enzymes et de petites molécules telles que des antibiotiques dans le lait. L'équipe interdisciplinaire a présenté ses résultats dans certaines des principales revues du domaine, comprenant Matériaux avancés et Matériaux aujourd'hui .

Les systèmes vivants (tels que les cellules et les organismes) et les systèmes électriques (tels que les ordinateurs) répondent à différentes informations d'entrée, et ont des capacités de sortie diverses. Cependant, la propriété fondamentale que partagent ces systèmes complexes est la capacité de traiter l'information. Au cours des deux dernières décennies, les scientifiques ont appliqué les principes du génie électrique pour concevoir et construire des cellules vivantes qui perçoivent et traitent les informations et exécutent les fonctions souhaitées. Ce domaine s'appelle la biologie synthétique, et il a de nombreuses applications passionnantes dans le domaine médical, biotechnologie, secteurs de l'énergie et de l'environnement.

« Grâce à des avancées majeures dans notre compréhension des composants et du câblage des processus de signalisation biologique, nous sommes maintenant à un stade où nous pouvons transférer des modules biologiques de la biologie synthétique aux matériaux, " explique le chercheur principal, le professeur Wilfried Weber de la Faculté de biologie et du Centre ESBIO pour les études de signalisation biologique. Une étape critique dans le développement de ces systèmes de matériaux intelligents était d'aligner de manière optimale l'activité des blocs de construction biologiques. Semblable aux ordinateurs, l'incompatibilité de composants individuels peut faire planter l'ensemble du système. Les modèles mathématiques quantitatifs développés par le professeur Jens Timmer et le Dr Raphael Engesser de la Faculté de mathématiques et de physique ont permis de surmonter ce défi.

"Un grand avantage de ces systèmes de matériaux inspirés de la biologie synthétique est leur polyvalence, " dit Hanna Wagner, le premier auteur de l'une des études et doctorant à la Spemann Graduate School of Biology and Medicine (SGBM). Le concept de conception modulaire mis en avant dans ces études fournit un modèle pour l'ingénierie de systèmes de matériaux biohybrides capables de détecter et de traiter divers éléments physiques, signaux chimiques ou biologiques et remplissent les fonctions souhaitées, comme l'amplification de signaux, le stockage des informations, ou la libération contrôlée de molécules bioactives. Ces matériaux innovants pourraient donc avoir de larges applications dans la recherche, biotechnologie et médecine.