Micrographies électroniques de SiJAR (à gauche), micrographies électroniques et micrographies à fluorescence de cellules injectées de SiJAR (à droite). Crédit :POSTECH
Les vaccinations contre le COVID-19 étant bien avancées, les gens attendent un retour à la vie normale. Cependant, les craintes grandissent également en raison d'effets secondaires imprévus comme la thrombose rare. Dans le corps, la vie est maintenue par le mouvement des substances ou de l'énergie. Les réactions chimiques sont régulées par la présence d'organites, ou des structures centrales des cellules, qui accueillent des enzymes ou des cofacteurs spécifiques. Un nanoréacteur ayant à la fois l'activité d'un catalyseur synthétique, comme un organite artificiel qui imite une cellule, et les propriétés d'une enzyme, crée une plate-forme pour synthétiser sélectivement des molécules bioactives énantiomères naturelles capables de répondre aux agents pathogènes présents dans le corps. Cependant, jusqu'à maintenant, un nanoréacteur avec les fonctions à la fois d'un catalyseur synthétique et d'une enzyme pour une telle plate-forme n'a pas été signalé.
À cette fin, une équipe de recherche de POSTECH a récemment synthétisé une nanostructure chimio-enzymatique capable de synthétiser sélectivement un énantiomère tout en agissant comme un organite artificiel dans la cellule.
Une équipe de recherche dirigée par le professeur In Su Lee, Professeur de recherche Amit Kumar, et Ph.D. Le candidat Seonock Kim du département de chimie de POSTECH a réussi à concevoir une nanostructure de silice (SiJAR) comme organite artificielle pour la synthèse sélective d'énantiomères dans les cellules. Ce résultat de recherche a été choisi comme couverture de Angewandte Chemie , et publié en ligne le 21 juin 2021.
La première considération dans la conception de nanostructures pour des applications intracellulaires est de co-localiser et de maintenir de manière stable la surface réactive des nanocristaux catalytiques tout en protégeant l'enzyme de l'inactivation. Jusqu'à maintenant, la catalyse de nanostructures creuses inspirées de la nature hébergeant des nanocristaux catalytiques ou des enzymes, ou les deux, n'a été prouvée qu'expérimentalement et n'a pas été démontrée dans les organismes vivants. En effet, les nanostructures fermées microporeuses restreignent l'entrée et la colocalisation des nanocristaux catalytiques et des biomolécules de grande taille.
Schéma de principe de la synthèse moléculaire énantiosélective in vivo à l'aide de SiJAR. Crédit :POSTECH
L'équipe de recherche a synthétisé des SiJAR en forme de bocal rond avec des couvercles en silicate de métal chimio-sensibles en modifiant la composition chimique d'une section dans le réacteur à l'aide d'une chimie de conversion thermique contrôlée spatio-temporelle. En raison de la configuration divisée de SiJAR, différents métaux nobles catalytiques (Pt, Pd, Ru) ont été sélectivement modifiés sur la section du couvercle par des réactions galvaniques. Ensuite, le couvercle a été ouvert dans des conditions légèrement acides ou dans un environnement intracellulaire, créant un large passage dans la coque tout en déplaçant le catalyseur métallique résiduel du couvercle vers l'intérieur. Cette structure ouverte accueille de grandes enzymes, facilitant ainsi l'encapsulation.
Le nanoréacteur synthétisé dans cette étude est composé de silice à haute biocompatibilité et en protégeant des nanocristaux catalytiques ou de grandes biomolécules dans un compartiment de silice à bouche ouverte, il a effectué une réaction d'aldol asymétrique avec une énantiosélectivité élevée via une stabilisation de l'état de transition coopérative enzyme-métal. En outre, les chercheurs ont confirmé qu'il fonctionne comme un organite catalytique artificiel en effectuant de manière stable la réaction à l'intérieur des cellules vivantes.
Le nanodispositif chimioenzymatique hybride, personnalisable grâce à cette stratégie de conversion sophistiquée à l'état solide, a une structure et une fonction similaires à celles des organites intracellulaires, et peut être utilisé pour synthétiser des thérapies actives et des sondes de bio-imagerie localement à l'intérieur des cellules pour convenir à une utilisation dans la prochaine génération de bio-imagerie et de traitement.
« Avec les résultats de cette recherche utilisant les réactions chimiques uniques confinées dans le nanoespace (NCCR), nous sommes impatients de développer la technologie qui régule artificiellement les fonctions cellulaires, " a commenté le professeur In Su Lee qui a dirigé l'étude.
