Les chimistes du laboratoire de chimie et des sciences de la vie de Tokyo Tech ont conçu et développé un récepteur synthétique en forme de capsule qui peut distinguer les hormones stéroïdes mâles et femelles. À savoir, le récepteur présente une affinité de liaison inhabituellement élevée envers les hormones mâles androgènes dans l'eau.

Publié aujourd'hui dans Avancées scientifiques , leur réalisation est un excellent exemple de conception biomimétique - la création de systèmes qui imitent les idées de la nature. "Les récepteurs biologiques naturels peuvent reconnaître de minuscules différences structurelles entre les hormones stéroïdes mâles et femelles en utilisant leurs poches de protéines, " disent les auteurs. " Cependant, il a été difficile d'imiter cette fonction artificiellement jusqu'à présent."

La clé de leur percée était la conception unique de la cavité (imitant la poche naturelle mais utilisant des composants non naturels) à l'intérieur du récepteur. Cette cavité, entouré de charpentes polyaromatiques maintenues ensemble par des ions métalliques, a permis au récepteur d'agir comme un conteneur semi-rigide, suffisamment flexible pour compléter la forme de l'hormone et induire des interactions de liaison efficaces.

L'étude, dirigé par Michito Yoshizawa, Masahiro Yamashina et ses collègues, est une continuation des travaux antérieurs de l'équipe sur le développement de nanocapsules innovantes pour un large éventail d'applications de biodétection dans les domaines médical et environnemental.

Leurs expériences ont montré que le récepteur synthétique se lie préférentiellement aux hormones sexuelles stéroïdes dans un ordre similaire aux récepteurs naturels des androgènes, en commençant par les hormones mâles telles que la testostérone et l'androstérone, suivies d'hormones féminines telles que la progestérone et le bêta-estradiol. Lorsqu'il est placé dans un mélange d'hormones mâles et femelles en suspension dans une solution aqueuse à 60 degrés Celsius pendant dix minutes, le récepteur se liait exclusivement à la testostérone avec une sélectivité supérieure à 98 % (voir la figure). Ce niveau élevé de sélectivité a été atteint même lorsque le mélange contenait un grand excès d'hormones femelles.

Grâce à l'analyse cristallographique aux rayons X, les chercheurs ont observé que la cavité sphérique est déformée en une forme elliptique lors de l'encapsulation de la testostérone. Ils disent que ce changement de conformation contribue à l'amélioration des interactions intermoléculaires entre le récepteur et l'hormone.

Aller un peu plus loin, l'équipe a conçu un moyen d'utiliser le récepteur pour détecter des quantités extrêmement faibles d'une hormone mâle. Ils ont préparé un complexe récepteur-colorant qui émet une fluorescence bleu-vert sans testostérone. En ajoutant une quantité de nanogramme de testostérone, la fluorescence diminue considérablement lors de l'encapsulation, représentant une nouvelle méthode de détection ultrasensible remarquable.

"Nous envisageons que notre récepteur synthétique sera utilisé pour le développement de pratiques, dispositifs d'analyse ultrasensibles pour les hormones sexuelles stéroïdes, allant des outils médicaux aux contrôles antidopage dans le sport, dans le futur proche, ", disent les chercheurs.