Une collaboration internationale dirigée par des chimistes et des ingénieurs de l'Université de Pennsylvanie a préparé une bibliothèque de biomatériaux synthétiques qui imitent les membranes cellulaires et qui sont prometteurs dans l'administration ciblée de médicaments anticancéreux, thérapie génique, protéines, des agents d'imagerie et de diagnostic et des cosmétiques en toute sécurité pour le corps dans le domaine émergent appelé nanomédecine.

L'étude apparaît dans le numéro actuel de la revue Science .

La recherche fournit la première description de la préparation, structure, auto-assemblage et propriétés mécaniques de vésicules et d'autres nano-assemblages complexes sélectionnés fabriqués à partir de dendrimères Janus.

Les dendrimersomes sont stables, vésicules bicouches qui se forment spontanément à partir de la composition chimique exacte des dendrimères Janus. L'équipe a signalé une myriade de populations de capsules bicouches, taille uniforme, stable dans le temps dans une grande variété de milieux et de températures, qui sont réglables par la température et la chimie avec des propriétés mécaniques supérieures aux liposomes ordinaires et imperméables aux composés encapsulés. Ils sont capables d'incorporer des protéines porogènes, peuvent s'assembler avec des phospholipides structurels et des copolymères à blocs et offrir une périphérie moléculaire adaptée à la fonctionnalisation chimique sans affecter leur auto-assemblage.

Co-auteurs Virgil Percec du département de chimie de Penn et Daniel A. Hammer du département de bioingénierie de Penn, rejoints par Frank Bates et Timothy Lodge de l'Université du Minnesota, Michael Klein de Temple University et Kari Rissanen de Jyväskylä University, en Finlande, ont des dendrons hydrophiles et hydrophobes couplés chimiquement pour créer des dendrimères Janus amphiphiles avec une riche palette de morphologies incluant des cubosomes, disques, des vésicules tubulaires et des rubans hélicoïdaux et confirmé les structures assemblées en utilisant la microscopie électronique à transmission cryogénique et la microscopie à fluorescence.

« Les dendrimersomes marient la stabilité et la résistance mécanique pouvant être obtenues à partir des polymersomes, des vésicules à base de copolymères à blocs, avec la fonction biologique des liposomes phospholipidiques stabilisés, " dit Percec, la chaire P. Roy Vagelos et professeur de chimie à Penn, "mais avec une uniformité de taille supérieure, facilité de formation et de fonctionnalisation chimique."

"Ces matériaux sont particulièrement prometteurs car leurs membranes ont l'épaisseur des membranes bicouches naturelles, mais ils ont des propriétés de matériaux supérieures et accordables, " dit Marteau, le professeur Alfred G. et Meta A. Ennis de bio-ingénierie à Penn. "En raison de leur épaisseur de membrane, il sera plus simple d'incorporer des composants biologiques dans les membranes des vésicules, tels que les récepteurs et les canaux."

"Aucune autre classe unique de molécules, y compris les copolymères séquencés et les lipides, n'est connue pour s'assembler dans l'eau en une telle diversité de structures supramoléculaires, " dit Bates, le professeur Regents et chef du département de génie chimique et de science des matériaux à l'Université du Minnesota.

Nanostructures auto-assemblées, obtenu à partir d'amphiphiles naturels et synthétiques, servent de plus en plus d'imitateurs de membranes biologiques et permettent l'administration ciblée de médicaments, acides nucléiques, protéines, thérapie génique et agents d'imagerie pour la médecine diagnostique. Le défi pour les chercheurs est de créer ces arrangements moléculaires précis qui se combinent pour fonctionner comme des supports biologiques sûrs tout en transportant une charge utile à l'intérieur.

Les assemblages de dendrimères Janus offrent plusieurs avantages par rapport à d'autres technologies concurrentes pour l'administration de nanoparticules. Les liposomes sont des mimes de membranes cellulaires assemblées à partir de phospholipides naturels ou d'amphiphiles synthétiques, y compris les polymersomes. Mais, les liposomes ne sont pas stables, même à température ambiante, et varient considérablement en taille, nécessitant une stabilisation et un fractionnement fastidieux pour toutes les applications pratiques. Polymères, d'autre part, sont stables mais polydispersés, et la plupart d'entre eux ne sont pas biocompatibles, nécessitant une intervention scientifique pour combiner les meilleures propriétés des deux pour la nanomédecine. Les dendrimersomes offrent une stabilité, monodispersité, tenabilité et polyvalence, et ils font considérablement progresser la science des nanostructures auto-assemblées pour des applications biologiques et médicales.