(Phys.org) - Des cellules de mammifères "zombies" qui pourraient mieux fonctionner après leur mort ont été créées par des chercheurs des laboratoires nationaux Sandia et de l'Université du Nouveau-Mexique (UNM).

La technique simple recouvre une cellule d'une solution de silice pour former une réplique presque parfaite de sa structure. Le procédé peut simplifier une grande variété de procédés de fabrication commerciaux de l'échelle nanométrique à l'échelle macroscopique.

L'oeuvre, signalé dans le Actes de l'Académie nationale des sciences ( PNAS ), utilise les organites nanoscopiques et d'autres composants minuscules des cellules de mammifères comme modèles fragiles sur lesquels déposer de la silice. Les chercheurs chauffent ensuite la cellule pour brûler sa protéine. Les structures de silice durcie résultantes sont fidèles aux caractéristiques extérieures et intérieures de la cellule anciennement vivante, peut survivre à des pressions et des températures plus élevées que la chair ne le pourrait jamais, et peuvent remplir certaines fonctions mieux que lorsqu'ils étaient en vie, a déclaré le chercheur principal Bryan Kaehr, un scientifique des matériaux de Sandia.

"Il est très difficile pour les chercheurs de construire des structures à l'échelle nanométrique, " a déclaré Kaehr. "Nous pouvons faire des particules et des fils, mais les structures arbitraires 3-D n'ont pas encore été réalisées. Avec cette technique, nous n'avons pas besoin de construire ces structures, la nature le fait pour nous. Nous avons seulement besoin de trouver des cellules qui possèdent la machinerie que nous voulons et de la copier en utilisant notre technique. Et, en utilisant la chimie ou le modelage de surface, nous pouvons programmer un groupe de cellules pour former n'importe quelle forme qui semble souhaitable."

Jeff Brinker, professeur à l'UNM et boursier Sandia, a ajouté :"Le processus reproduit fidèlement les caractéristiques de l'échelle nanométrique à l'échelle macroscopique dans un forme tridimensionnelle stable qui résiste au rétrécissement même lors d'un chauffage à plus de 500 degrés centigrades [932 degrés Fahrenheit]. Le caractère réfractaire de ces structures délicates est incroyable."

La procédure inhabituelle mais simple peut servir de modèle pour créer des classes plus résistantes de produits nanoscopiques.

Parce qu'une cellule est peuplée d'une vaste gamme de protéines, lipides et échafaudage, son intérieur est prêt à modeler des catalyseurs, entonnoirs, absorbants et autres nanomachines utiles, dit Kaehr, une ancienne boursière Sandia Truman.

Les catalyseurs qui évoluent dans les cellules sont des enzymes qui doivent conserver une certaine forme pour que leur chimie fonctionne. Puisque la structure est importante pour fonctionner, il est important de stabiliser un catalyseur dans la forme qu'il a évoluée, dit Kaehr. La silice durcie à la chaleur stabilise et protège la protéine encore présente pendant qu'elle fait son travail.

L'étudiant post-doctorant de l'UNM, Jason Townson, a déclaré que l'utilisation la plus immédiate de la silicification pourrait être un moyen simple de préserver la structure des matériaux organiques pour l'imagerie.

"Auparavant, pour la conservation interne et l'imagerie ultérieure, une cellule serait fixée dans du formaldéhyde ou un autre conservateur. Mais beaucoup de ces méthodes demandent beaucoup de travail, " Townson a dit. " Cette méthode est simple. Les cellules préservées ne seront jamais négligées dans la décomposition. Et quand nous avons ouvert la structure résultante, nous avons été époustouflés par la qualité de la conservation de la cellule, jusqu'au petit sillon de l'ADN de la cellule."

Le chauffage de la cellule à des températures encore plus élevées (supérieures à 400 degrés C) évapore la matière organique de la cellule - sa protéine - et laisse la silice dans une sorte de réplique en cire de Madame Tussauds en trois dimensions d'un être autrefois vivant. La différence est qu'au lieu de modeler le visage, dire, d'un célèbre criminel, les cellules à base de silice durcie présentent des structures minéralisées internes avec des caractéristiques complexes allant de l'échelle nanométrique au millimètre.

Le processus de construction est relativement simple :prenez des cellules de mammifères flottant librement, mettez-les dans une boîte de Pétri et ajoutez de l'acide silicique.

Par l'action du méthanol, un sous-produit de l'acide, les couches lipidiques de la cellule - les enveloppes protectrices qui maintiennent la cellule intacte - sont ramollies et rendues suffisamment poreuses pour que la silice s'écoule à environ la température du corps humain.

L'acide silicique, pour des raisons encore en partie obscures, pénètre sans colmatage et embaume en effet chaque organite de la cellule de l'échelle micrométrique à l'échelle nanométrique.

Si la cellule n'est pas chauffée, la silice forme une sorte d'armure perméable autour de la protéine de la cellule vivante. Cela peut le supporter suffisamment pour agir comme un catalyseur à des températures et des pressions insoupçonnées par nature.

« Une fois que nous avons utilisé de la silice pour stabiliser la structure cellulaire, il peut encore effectuer des réactions et, plus important, cette réaction est suffisamment stable pour fonctionner à des températures élevées, " a déclaré Kaehr. " La méthode est aussi un moyen de prendre une douce, matériel biologique potentiellement précieux et le convertir en un fossile qui restera indéfiniment sur nos étagères. »

Ordinairement, conserver quelque chose de bio, c'est le congeler, qui est énergivore, il a dit. Au lieu, "Nous faisons une fossilisation rapide :convertir rapidement une cellule protoplasmique en une structure dure qui résistera à l'épreuve du temps."

Des expériences ont montré que la cellule peut être utilisée comme un moule inversé à partir duquel, à 900 degrés C, une structure carbonisée poreuse résulte du chauffage des protéines cellulaires sous vide. En d'autres termes, de la même manière que la combustion du bois dans l'air laisse un résidu de suie sans structure, la méthode de chauffage zombie permet d'obtenir une structure en carbone de haute qualité. La dissolution ultérieure du support de silice sous-jacent a diminué la résistance électrique de la cellule d'environ 20 fois. De tels matériaux auraient une utilité substantielle dans les piles à combustible, technologies de décontamination et de capteurs.

Le fait que des résultats aussi extraordinaires puissent être obtenus en silicifiant des cellules indique que de nombreuses architectures cellulaires souples pourraient être des « matières premières pour la plupart des procédures de traitement des matériaux, y compris ceux nécessitant des températures et des pressions élevées, " selon le document technique.

Autres structures de matériaux poreux, s'appuyer sur du titane au lieu de la silice, ont été formés en utilisant la technique du gabarit organique. Autres oxydes métalliques, dit Kaehr, are a possibility. These would have more complex structural functions or could serve as catalysts.

The work follows the efforts of a number of scientific groups, including Kaehr's, that have built gel-like structures, copied them with silica and then burned off the gel to create, in effect, large sponges.

"Now we can change the biological shape and calcify (heat) it, so for the first time we get new irregular structures, " Kaehr said.

Summing up, Kaehr offers what may be the first distinction in scientific literature between a mummy cell and a zombie cell:"King Tut was mummified, " il a dit, "to approximately resemble his living self, but the process took place without mineralization [a process of fossilization]. Our zombie cells bridge chemistry and biology to create forms that not only near-perfectly resemble their past selves but can do future work."