Des briques LEGO simples peuvent être assemblées à des structures plus compliquées, qui peuvent être associés à une grande variété d'architectures complexes, des automobiles, fusées, et des navires vers de gigantesques châteaux et parcs d'attractions. Un tel événement d'assemblage en plusieurs étapes, soi-disant « auto-assemblage hiérarchique », ' se produit également dans les organismes vivants.

Professeur Kimoon Kim (Département de chimie, POSTECH) et son équipe de recherche (Centre d'Auto-assemblage et de Complexité, Institute for Basic Science) a découvert qu'un complexe hôte-invité à base de cucurbiturile polymérisé en une chaîne polymère linéaire, qui ont ensuite été associés les uns aux autres dans un microtubule creux via des interactions de van der Waals résultant de leur auto-complémentarité de forme. Leurs nouvelles découvertes sont présentées comme des nouvelles de dernière heure dans Angewandte Chemie Édition Internationale , qui est l'une des revues de renommée mondiale en chimie.

Les microtubules existent dans les cellules vivantes des plantes et des animaux et ils sont essentiels au maintien des structures cellulaires, migration des cellules, transport intracellulaire et plus encore. En d'autres termes, les fonctions cellulaires essentielles telles que les divisions cellulaires et le transport intracellulaire ne peuvent pas être exécutées lorsque des problèmes surviennent dans la formation ou la dissociation des microtubules.

Ces microtubules sont formés par auto-assemblage hiérarchique de protéines globulaires dans des tubulines de taille nanométrique, qui se développent en protofilaments linéaires. Ensuite, ces protofilaments sont assemblés entre eux pour constituer une structure tubulaire multibrin d'une longueur de plusieurs dizaines de micromètres.

Avant les découvertes des chercheurs, de nombreuses tentatives ont été faites pour imiter l'auto-assemblage des microtubules en profondeur pendant des années. Cependant, le mécanisme de formation des microtubules naturels au niveau moléculaire est encore ambigu.

Pour fabriquer des microtubules artificiels, le groupe de recherche a utilisé le complexe hôte-invité à base de cucurbiturile avec deux groupes thiol attachés aux deux extrémités comme bloc de construction. Ce bloc de construction s'est assemblé en polymères linéaires unidimensionnels par formation de liaisons disulfure. Puis, ces polymères ont été latéralement associés dans une architecture cylindrique creuse similaire aux microtubules naturels par des interactions de van der Waals. La formation de microtubules artificiels a été caractérisée par diverses études spectroscopiques et microscopiques, y compris la diffraction des rayons X à la source lumineuse de Pohang.

L'équipe de recherche a découvert que la chaîne polymère devenait droite et rigide d'elle-même, et finalement, une auto-complémentarité de forme semblable à une brique LEGO a émergé pendant la croissance du polymère. Étonnamment, les structures convexes d'une chaîne correspondaient bien aux parties concaves des chaînes voisines, qui a permis l'association latérale des chaînes polymères.

Le premier auteur de l'article, Wooseup Hwang a expliqué, "Les études antérieures à notre découverte se concentraient sur l'imitation de l'architecture des microtubules. Ce qui différencie notre recherche des recherches conventionnelles, c'est que nous essayons d'imiter le mécanisme de formation des microtubules ainsi que l'architecture."

Dr Kangkyun Baek, l'autre auteur co-correspondant a commenté, "Nous prévoyons d'étendre notre étude pour imiter les comportements dynamiques et diverses fonctions biologiques des microtubules naturels, " et " Cette nouvelle approche basée sur l'auto-complémentarité des formes fera un pas en avant pour comprendre le mécanisme de formation des microtubules naturels et offrira de nouvelles opportunités pour explorer des auto-assemblages hiérarchiques non conventionnels et de nouveaux matériaux fonctionnels. "