Xiaohui « Frank » Zhang intègre la physique, l'immunologie et la biologie pour développer un « nanodispositif » qui pourrait fournir un nouveau traitement pour l'AVC, thrombose et athérosclérose.

Zhang, professeur adjoint de génie mécanique et de mécanique et membre du corps professoral du programme de bio-ingénierie, dirige une équipe de recherche interdisciplinaire cherchant à administrer des médicaments à des régions ciblées du corps humain.

Leur appareil mesure des dizaines de nanomètres.

Les chercheurs étudient la mécanodétection, c'est-à-dire la façon dont les cellules détectent et réagissent aux stimuli mécaniques. La mécanodétection est cruciale dans le développement des tissus et la progression des maladies cardiovasculaires.

« Des trois manières fondamentales dont les cellules communiquent entre elles :chimique, électrique et mécanique - le dernier est de loin le moins compris, ", dit Zhang.

L'une des raisons pour lesquelles la mécanodétection n'est pas étudiée de manière approfondie est que les forces mécaniques imposées aux cellules se produisent au niveau moléculaire, il dit.

"Il est très difficile de mesurer et d'exercer une force sur les molécules."

Un nanodispositif avec un interrupteur mécanique

Zhang utilise la spectroscopie de force à molécule unique pour surveiller, manipuler et mesurer des forces mécaniques. Avec des pincettes optiques, il exerce des forces infimes sur les échantillons et enregistre la dynamique de la conformation des protéines et de la réponse mécanique en temps réel.

Son équipe étudie l'intégrine, une molécule de protéine qui sert de capteur mécanique pour transmettre des signaux à travers la membrane cellulaire. L'hypothèse est que l'intégrine modifiera sa forme en réponse à des stimuli mécaniques, agissant ainsi comme un « commutateur » pour transmettre un signal.

L'équipe étudie également la transmission de signaux mécaniques à travers la membrane cellulaire et surveille l'interaction entre les signaux mécaniques et les activités biochimiques. L'objectif est de développer un nanodispositif commutable mécaniquement pour une thérapie médicamenteuse ciblée.

« Quand vous mettez un médicament dans le sang, il se disperse dans tout le corps, ", dit Zhang. « Un nanodispositif serait capable de transporter un médicament dans la circulation sanguine jusqu'à un endroit spécifique. Lorsqu'il est activé par des stimuli mécaniques, il subirait un changement de forme et libérerait son médicament préchargé.

Les nanodispositifs pourraient être utilisés dans la biodétection et le diagnostic, et pourrait aider à atteindre un faible coût, traitement à faible effet secondaire de la thrombose, accident vasculaire cérébral et l'athérosclérose.

L'équipe de Zhang conçoit un polymère qui imite une molécule de coagulation sanguine appelée le facteur de von Willebrand (vWF), qui se lie aux plaquettes lors d'un flux sanguin rapide.

Par intérêts divers, un seul but

Zhang a obtenu un B.S. en physique, a étudié la physiologie et la biophysique en faculté de médecine, et formé en immunologie avant de rejoindre la faculté.

Ce parcours diversifié l'a conduit à la mécanobiologie, qui intègre des techniques de la physique, la biologie, chimie, simulation informatique et synthèse de polymères.

Son équipe à Lehigh comprend un stagiaire postdoctoral en physique, un chercheur associé avec une formation médicale, et étudiants de premier cycle en biologie, ingénierie et physique.

« Chacun apporte quelque chose de différent à la table, " dit-il.

L'accent mis par Lehigh sur les études interdisciplinaires, dit Zhang, s'aligne sur son orientation de recherche.

« La véritable excitation de ce projet est que nous essayons de comprendre la nature. Cela nécessite une approche interdisciplinaire pour déterminer le fonctionnement de la molécule. Il n'y a pas de meilleur endroit pour le faire qu'à Lehigh.