Les biomacromolécules incorporées dans des structures métal-organiques sur mesure à l'aide de modulateurs peptidiques sont bien protégées mais très actives grâce à une nanoarchitecture soigneusement réglée. Comme le rapportent les scientifiques dans le journal Angewandte Chemie , cette stratégie peut être utilisée pour synthétiser une "cellule artificielle" qui fonctionne comme un capteur optique de glucose.

Biomacromolécules, comme les enzymes, contrôler les réactions dans les cellules avec une efficacité beaucoup plus élevée, spécificité, et la sélectivité que dans les systèmes synthétiques. Lorsqu'il est utilisé à l'extérieur d'une cellule, bon nombre de ces molécules sensibles nécessitent une enveloppe synthétique. Les charpentes métallo-organiques (MOF) sont parfaitement adaptées à cela. Ces structures en forme de cage ont des ions métalliques comme nœuds, qui sont reliés par des ligands organiques. Les biomolécules peuvent être facilement incorporées dans ces cadres au cours de leur processus d'auto-assemblage. Cependant, l'accessibilité limitée des biomolécules au sein des coquilles rend souvent l'activité de ces biohybrides décevante.

Une équipe dirigée par Gangfeng Ouyang à l'Université Sun Yat-sen de Guangzhou, Chine, a maintenant introduit une stratégie simple pour adapter ces biohybrides pour former des nanoarchitectures avec des activités élevées. La clé de leur succès réside dans l'ajout de peptides spécifiques qui influencent la structure en tant que "modulateurs".

Les chercheurs ont choisi de travailler avec la peroxydase de raifort comme biomolécule modèle. Cette enzyme décompose le peroxyde d'hydrogène et est utilisée dans l'industrie pour l'oxydation respectueuse de l'environnement des amines aromatiques. Les nœuds de la structure métal-organique sont des ions zinc, qui sont liés par des ligands 2-méthylimidazole. Le modulateur est l'acide -poly-L-glutamique, un biopolymère naturel avec de multiples charges négatives qui se lie aux groupes positifs de la peroxydase et se coordonne de manière compétitive avec les ions zinc. Le modulateur et la peroxydase sont, Donc, tous deux intégrés au MOF. La variation de la quantité de modulateur donne différentes morphologies, comme les polyèdres tridimensionnels, qui sont comme de minuscules "étoiles" constituées de couches bidimensionnelles en forme de fuseau entrelacées d'environ 150 nm d'épaisseur, ou des structures tridimensionnelles ressemblant à des fleurs. Alors que l'activité enzymatique dans les structures microporeuses 3-D est faible, les enzymes dans les MOF 2-D sont presque aussi actives qu'à l'état libre. Ceci est le résultat des pores larges et des canaux relativement courts dans les structures 2-D, qui permettent au substrat d'accéder rapidement à l'enzyme. À la fois, l'enzyme est bien protégée des enzymes qui dégradent les protéines, fortes concentrations d'urée, températures élevées, et un certain nombre de solvants organiques, ce qui est avantageux pour les applications industrielles.

Les chercheurs ont également pu construire une "cellule artificielle" qui imite les cascades cellulaires impliquées dans la transduction du signal et agit comme un capteur de glucose. Pour ça, ils ont incorporé plusieurs composants dans un MOF 2-D :la glucose oxydase (GOx) et des nanoclusters d'or fluorescent liés à des protéines qui décomposent le peroxyde d'hydrogène de manière catalytique. L'ajout de glucose initie la cascade. Le glucose est oxydé par les GOx, qui forme du peroxyde d'hydrogène. Celui-ci est ensuite converti avec un substrat par les nanoclusters d'or, après quoi le substrat devient bleu. En parallèle, les nanoclusters d'or sont oxydés, qui éteint la fluorescence. Les deux signaux optiques sont proportionnels à la concentration en glucose et sont sensibles dans deux plages de concentration complémentaires.