Une équipe de chimistes du Collège des arts et des scientifiques de SU a utilisé un polymère sensible à la température pour réguler les interactions de l'ADN à la fois dans un système d'assemblage médié par l'ADN et dans un système de délivrance de médicaments codé par l'ADN.

Leurs découvertes, dirigé par le professeur agrégé Mathew M. Maye et les étudiants diplômés Kristen Hamner et Colleen Alexander, peut améliorer la façon dont les nanomatériaux s'auto-assemblent en dispositifs fonctionnels et la façon dont les médicaments anticancéreux, dont la doxorubicine, sont délivrés dans le corps. Plus d'informations sont disponibles dans un article du 30 juillet dans ACS Nano , publié par l'American Chemical Society.

Un domaine de la nanoscience qui relie une gamme de domaines, y compris l'optique, la détection chimique et l'administration et le traitement de médicaments - est l'auto-assemblage de nanoparticules. Lors de l'auto-assemblage, la chimie attachée à l'interface des nanoparticules entraîne une réaction. Par conséquent, les particules se rassemblent pour former un solide, un chai ou un petit amas de type molécule.

Maye et d'autres ont récemment découvert comment utiliser les liaisons ADN pour créer un ensemble de structures. Les réactions sont rapides et stables, il dit, mais peut aussi être problématique.

"Par exemple, nous voulons savoir comment activer et désactiver une réaction, sans modifications fastidieuses de la procédure, " dit Maye. " Nous avons résolu ce problème en fournissant un déclencheur thermique sous la forme d'un polymère intelligent, qui modifie sa structure au niveau nano."

Un polymère intelligent est une grosse molécule, composé de plusieurs unités atomiques, qui change de structure lorsqu'il est exposé à des stimuli externes, comme la lumière, l'acidité ou la température.

Maye et ses collègues ont synthétisé un polymère de conception qui non seulement réagit à la température, mais peut également être assemblé à une nanoparticule d'or. La nouveauté de cette approche, il dit, est que la nanoparticule possède de courts segments d'ADN simple brin.

« Cette fonctionnalité polyvalente et le composant « intelligent » ajouté sont révélateurs de la direction que prend la nanoscience, " dit Maye. " Nous voulons que les nanomatériaux effectuent plusieurs tâches à la fois, et nous voulons pouvoir activer et désactiver leurs interactions à distance."

L'équipe de Maye, donc, a conçu un système dans lequel une température élevée (par exemple, 50 degrés Celsius) provoque le rétrécissement des brins de polymère, ainsi les exposer et les rendre opérationnels, et une basse température les fait s'allonger, bloquant leurs propriétés de reconnaissance de l'ADN.

Maye dit que, en un seul essai, l'auto-assemblage entre des nanoparticules d'ADN complémentaires s'est produit uniquement à une température élevée. Dans une seconde étude, son équipe a découvert que la chaleur déclenchait la libération de doxorubicine au niveau de l'enveloppe d'ADN du nanosupport codé.

Récemment inventé par Maye et ses collègues de la Ligue, le nanosupport affiche une toxicité multipliée par six, par rapport à celles utilisées dans les études précédentes.

"Ce qui est nouveau dans cette approche, c'est que les liaisons interparticulaires sont dynamiques et reconfigurables, " dit Maye. " Une telle reconfiguration peut conduire à des solides intelligents et des métamatériaux qui réagissent aux stimuli environnementaux, à peu près de la même manière que les polymères intelligents réagissent en masse. »

Maye et son équipe ont également utilisé un certain nombre de techniques avancées pour mieux comprendre les mécanismes de leur système, y compris la diffusion dynamique de la lumière et la diffusion des rayons X aux petits angles.

"Être capable de contrôler l'assemblage des nanoparticules avec la température nous permet d'affiner leurs réactions et de former des structures plus prévisibles. Cela nous donne également un système plus amélioré pour mettre à l'échelle l'assemblage, " il dit.

Maye poursuit en expliquant que pour les nanoparticules codées par l'ADN, ces classes de particules sont une excellente plate-forme pour l'administration de médicaments : « Lorsqu'elles sont combinées avec des polymères thermosensibles tels que ceux de notre système, ils pourraient devenir très lucratifs."