Les recherches de l'ITMO suggèrent d'utiliser des particules ressemblant à des oursins contrôlées par un champ magnétique pour accélérer les réactions chimiques dans les cellules. Cette nouvelle technologie leur permettra d'augmenter la perméabilité de la membrane cellulaire tout en préservant la structure initiale de la cellule. Cela peut simplifier l'administration de la substance et augmenter le taux de biocatalyse. La recherche a été publiée dans le Journal des lettres de chimie physique .

Transformer une substance en une autre, il est nécessaire d'infiltrer un système biologique, comme une cellule, avec un substrat, une substance chimique qui peut déclencher une série de réactions. À la suite de ces réactions, un produit est créé qui peut être utilisé dans des transformations chimiques ultérieures à la fois à l'intérieur des cellules elles-mêmes et dans la fabrication de traitements médicaux ou de produits alimentaires. La principale difficulté du contrôle des processus biocatalytiques cellulaires est le fait que les membranes cellulaires limitent la vitesse de diffusion ou la pénétration du substrat dans les cellules.

« Nous pouvons augmenter la perméabilité de la membrane cellulaire pour surmonter cette barrière. Souvent, diverses substances chimiques sont utilisées à cette fin. Cependant, ceux-ci peuvent être plutôt toxiques et sont difficiles à contrôler, tandis que d'autres méthodes peuvent causer des dommages permanents à la structure de la cellule, " explique Daniil Kladko, un étudiant en Master à la SCAMT et l'un des auteurs de l'article.

Les chercheurs de l'ITMO ont utilisé la réaction biochimique de la fermentation de l'éthanol pour démontrer que la perméabilité membranaire peut être augmentée et ainsi, la biocatalyse peut être contrôlée en utilisant des particules spéciales ressemblant à des oursins dirigées par un champ magnétique. Ces particules tirent leur nom des pointes acérées à leur surface qui les font ressembler à des oursins. La levure de boulanger a été choisie comme organisme modèle pour l'expérience.

Pour transformer le substrat (glucose) en alcool à l'aide de levure, les chercheurs ont d'abord ajouté les particules ressemblant à des oursins au mélange, puis incubé, et placé dans un montage magnétique qui peut le soumettre à un champ magnétique alternatif d'une fréquence spécifiée, intensité, et direction. Les chercheurs ont réussi à pénétrer la membrane et à délivrer le substrat à l'intérieur de la cellule sans perturber sa structure ou ses capacités vitales. De plus, il s'est avéré que le processus peut être contrôlé en allumant et en éteignant le champ magnétique.

"Un champ magnétique tournant fait tourner la levure et les particules ressemblant à des oursins autour de son axe, ce qui entraîne l'interaction de « l'oursin » avec la membrane :il transforme l'énergie du champ magnétique en contrainte mécanique sur la membrane. Ainsi, quand il est sur la membrane, il crée un moment de force, permettant à la membrane de s'ouvrir. Le temps et la fréquence jouent un rôle important dans cette expérience. Nous avons besoin que le champ travaille et « tire » sur la membrane pendant un certain temps, car c'est encore une structure considérablement dense malgré son apparente fragilité, " dit Daniil Kladko.

La technologie qui en résulte peut être appliquée dans divers domaines :Par exemple, fabrication de produits alimentaires, industrie pharmaceutique, et biotechnologie. Par exemple, lorsque vous travaillez avec de la levure, accélérer la biocatalyse avec un champ magnétique permettrait de baisser les prix de production de levure et ainsi d'augmenter le nombre de produits à base de levure sur le marché. Il en va de même pour les médicaments basés sur la biosynthèse, car la nouvelle méthode augmentera leurs volumes de production et baissera leur prix de marché.