Une nouvelle étude menée par des experts en nanotechnologie et biotechnologie du Rensselaer Polytechnic Institute fournit des détails importants sur la façon dont les protéines de notre corps interagissent avec les nanomatériaux. Dans leur nouvelle étude, publié dans l'édition en ligne du 2 février de la revue Nano lettres, les chercheurs ont développé un nouvel outil pour déterminer l'orientation des protéines sur différentes nanostructures. La découverte est une étape clé dans l'effort de maîtrise de l'orientation, structure, et la fonction des protéines dans le corps à l'aide de nanomatériaux.
"À ce jour, on sait très peu de choses sur la façon dont les protéines interagissent avec une surface à l'échelle nanométrique, " a déclaré Jonathan Dordick, directeur du Centre de biotechnologie et d'études interdisciplinaires de Rensselaer (CBIS), le professeur Howard P. Isermann '42 de génie chimique et biologique, et co-auteur de l'étude. "Avec une meilleure compréhension de la façon dont une protéine interagit avec une surface, nous pouvons développer des surfaces personnalisées à l'échelle nanométrique et concevoir des protéines qui peuvent effectuer une variété de tâches étonnantes dans le corps humain."
Les chercheurs cherchent à utiliser la nanotechnologie dans une variété d'applications biologiques et médicales, allant des biocapteurs qui peuvent détecter le cancer dans le corps aux échafaudages qui aident à développer de nouveaux tissus et organes, selon les chercheurs. De telles technologies impliquent l'interaction entre des cellules biologiques et des matériaux nanométriques non biologiques. Ces interactions sont contrôlées en partie par des protéines à l'interface entre les deux matériaux. A un niveau si minuscule, le moindre changement dans la structure d'un matériau peut modifier considérablement les protéines impliquées et ainsi modifier la façon dont les cellules du corps humain réagissent au nanomatériau. En réalité, les protéines sont parmi les molécules les plus complexes (et inconstantes) de notre corps, changeant rapidement leur orientation ou leur structure et donc leur capacité à interagir avec d'autres molécules. La maîtrise de leur orientation et de leur structure à travers leurs interactions avec les nanomatériaux est essentielle à leur utilisation fiable et sûre dans les nouvelles biotechnologies, selon Dordick.
« Nous avons appris au cours de la dernière décennie à créer des nanomatériaux avec une grande variété de structures contrôlées, et nous avons découvert et commencé à apprendre comment ces structures peuvent avoir un impact positif sur l'activité cellulaire, " dit Richard Siegel, le professeur Robert W. Hunt de science et d'ingénierie des matériaux à Rensselaer, directeur du Rensselaer Nanotechnology Center, et co-auteur de l'étude. "En apprenant davantage sur le rôle des interactions nanostructure-protéine qui provoquent cet impact, nous serons en mesure à l'avenir d'exploiter ces connaissances au profit de la société grâce à l'amélioration des soins de santé. En plus de l'amélioration des soins de santé, ces travaux permettront également la fabrication d'une large gamme de nouveaux matériaux composites hiérarchisés - à base de polymères synthétiques, biomolécules, et les nanostructures - qui révolutionneront notre capacité à résoudre de nombreux problèmes critiques auxquels la société du monde entier est confrontée."
Ce que les chercheurs ont découvert dans cette étude et dans leurs études précédentes, c'est que la taille et la courbure de la nanosurface ont considérablement modifié la façon dont les protéines s'orientaient sur les surfaces et modifiaient leur structure, et cela a influencé la stabilité des protéines. Ils ont découvert que les nanostructures avec des surfaces plus petites et plus incurvées favorisaient les orientations des protéines qui se traduisaient par des protéines plus stables que les structures avec des surfaces plus grandes et plus plates.
Pour arriver à ces conclusions, les chercheurs ont étudié plusieurs protéines bien étudiées, dont le cytochrome c, RNase A, et le lysozyme et suivi leur adsorption sur des nanoparticules de silice de différentes tailles. Dans ce dernier ouvrage, ils ont modifié chimiquement les protéines adsorbées pour former des "étiquettes" chimiques qui ont fourni aux chercheurs des informations importantes sur la façon dont les protéines s'adsorbaient sur différentes surfaces de silice. Lorsque les nanomatériaux et les protéines ont été étudiés par spectrométrie de masse, les balises ont fourni de nouvelles informations précieuses sur l'orientation de surface des protéines. La spectrométrie de masse analyse la distribution de masse d'un matériau pour déterminer sa composition élémentaire et ses caractéristiques structurelles, et était très sensible aux marqueurs chimiques ajoutés sur les protéines.
