Une étude menée par des scientifiques du Centro Nacional de Investigaciones Cardiovasculares (CNIC), l'Université Complutense (UCM), Université de Gérone (UdG), et l'Institut de Bio-ingénierie de Catalogne (IBEC), collaborer avec d'autres centres internationaux, a surmonté l'un des principaux obstacles à l'utilisation de nanorobots alimentés par des lipases, enzymes qui jouent un rôle essentiel dans la digestion en décomposant les graisses dans les aliments afin qu'elles puissent être absorbées.

L'étude a été coordonnée par Marco Filice de l'Unité de microscopie et d'imagerie dynamique du CNIC, qui fait partie du ReDIB Infraestructura Científico Técnica Singular (ICTS), professeur à la Faculté de pharmacie (UCM) et le professeur de recherche ICREA Samuel Sánchez de l'IBEC. L'article, publié dans la revue Angewandte Chemie Édition Internationale , décrit un outil de modulation de moteurs alimentés par des enzymes, élargir leurs applications biomédicales et environnementales potentielles.

Les micro-organismes sont capables de nager dans des environnements complexes, répondre à leur environnement, et s'organiser de manière autonome. Inspiré par ces capacités, au cours des 20 dernières années, les scientifiques ont réussi à reproduire artificiellement ces minuscules nageurs, d'abord à l'échelle macro-micro puis à l'échelle nano, trouver des applications dans l'assainissement de l'environnement et la biomédecine.

"La vitesse, Capacité de chargement, et la facilité de fonctionnalisation de surface des micro et nanomoteurs a permis aux récentes avancées de la recherche de convertir ces dispositifs en instruments prometteurs pour résoudre de nombreux problèmes biomédicaux. Cependant, un défi clé pour une utilisation plus large de ces nanorobots est de choisir un moteur approprié pour les propulser, " a expliqué Sanchez.

Au cours des 5 dernières années, le groupe IBEC a été le premier à utiliser des enzymes pour générer la force de propulsion des nanomoteurs. "Les nanomoteurs biocatalytiques utilisent des enzymes biologiques pour convertir l'énergie chimique en force mécanique, et cette approche a suscité un grand intérêt dans le domaine, avec de l'uréase, catalase, et la glucose oxydase parmi les choix les plus fréquents pour alimenter ces minuscules moteurs, " a déclaré Sanchez.

Le groupe CNIC est leader dans la manipulation structurelle et l'immobilisation d'enzymes lipases à la surface de différents nanomatériaux. Les lipases constituent d'excellents composants nanomoteurs car leur mécanisme catalytique implique des changements conformationnels majeurs entre un forme active et une forme fermée,

"Dans ce projet, nous avons étudié l'effet de la modulation de l'activité catalytique des enzymes lipases pour propulser des nanoparticules à base de silicium, " expliqua Filice.

En plus de la conformation tridimensionnelle de l'enzyme, l'équipe a également étudié comment le contrôle de l'orientation de l'enzyme lors de son immobilisation sur la surface du nanomoteur affecte son activité catalytique et donc la propulsion des nanorobots.

Les chercheurs ont modifié chimiquement la surface des nanoparticules de silicium pour générer trois combinaisons spécifiques de conformations et d'orientations de lipase pendant l'immobilisation :1) conformation ouverte plus orientation contrôlée; 2) conformation fermée plus orientation incontrôlée ; 3) une situation intermédiaire entre 1 et 2.

L'équipe a analysé les trois types de nanorobot avec des techniques spectroscopiques, des dosages pour évaluer les paramètres catalytiques liés à l'activité enzymatique, Simulations moléculaires dynamiques (réalisées par l'équipe du professeur Silvia Osuna à l'UdG), et le suivi direct des trajectoires nanomotrices individuelles par des techniques de microscopie. "Les résultats démontrent que la combinaison d'une conformation enzymatique ouverte avec une orientation spécifique sur le nanomoteur est essentielle pour obtenir une propulsion contrôlée."