Image au microscope optique d'une cellule HeLa contenant plusieurs nanomoteurs or-ruthénium. Les flèches indiquent les trajectoires des nanomoteurs, et la ligne blanche continue montre la propulsion. Près du centre de l'image, une broche de plusieurs nanomoteurs tourne. En médaillon :Micrographie électronique d'un nanomoteur en or-ruthénium. La diffusion des ondes sonores des deux extrémités entraîne la propulsion. Crédit :laboratoire Mallouk, Université d'État de Pennsylvanie
Pour la première fois, une équipe de chimistes et d'ingénieurs de la Penn State University a placé de minuscules moteurs synthétiques à l'intérieur de cellules humaines vivantes, les a propulsés avec des ondes ultrasonores et les a dirigés magnétiquement. Ce n'est pas exactement "Voyage fantastique, " mais c'est proche. Les nanomoteurs, qui sont des particules métalliques en forme de fusée, se déplacer à l'intérieur des cellules, tourner et battre contre la membrane cellulaire.
« Alors que ces nanomoteurs se déplacent et heurtent des structures à l'intérieur des cellules, les cellules vivantes montrent des réponses mécaniques internes que personne n'a vues auparavant, " a déclaré Tom Mallouk, Evan Pugh Professeur de chimie et de physique des matériaux à Penn State. "Cette recherche est une démonstration éclatante qu'il est possible d'utiliser des nanomoteurs synthétiques pour étudier la biologie cellulaire de nouvelles manières. Nous pourrions peut-être utiliser des nanomoteurs pour traiter le cancer et d'autres maladies en manipulant mécaniquement les cellules de l'intérieur. Les nanomoteurs pourraient effectuer une chirurgie intracellulaire. et délivrer des médicaments de manière non invasive aux tissus vivants."
Les résultats des chercheurs seront publiés dans Angewandte Chemie Édition Internationale le 10 février 2014. Outre Mallouk, les co-auteurs incluent les chercheurs de Penn State Wei Wang, Sixing Li, Suzanne Ahmed, et Tony Jun Huang, ainsi que Lamar Mair de Weinberg Medical Physics dans le Maryland aux États-Unis.
Jusqu'à maintenant, Mallouk a dit, les nanomoteurs n'ont été étudiés que "in vitro" dans un appareil de laboratoire, pas dans des cellules humaines vivantes. Les nanomoteurs à propulsion chimique ont été développés pour la première fois il y a dix ans à Penn State par une équipe comprenant le chimiste Ayusman Sen et le physicien Vincent Crespi, en plus de Mallouk. "Nos moteurs de première génération nécessitaient des carburants toxiques et ils ne se déplaceraient pas dans un fluide biologique, nous ne pouvions donc pas les étudier dans des cellules humaines, " a déclaré Mallouk. " Cette limitation était un problème sérieux. " Lorsque Mallouk et le physicien français Mauricio Hoyos ont découvert que les nanomoteurs pouvaient être alimentés par des ondes ultrasonores, la porte était ouverte à l'étude des moteurs dans les systèmes vivants.
Pour leurs expériences, l'équipe utilise des cellules HeLa, une lignée immortelle de cellules cancéreuses du col de l'utérus humaines qui est généralement utilisée dans les études de recherche. Ces cellules ingèrent les nanomoteurs, qui se déplacent ensuite dans le tissu cellulaire, alimenté par des ondes ultrasonores. A faible puissance ultrasonore, Mallouk a expliqué, les nanomoteurs ont peu d'effet sur les cellules. Mais quand la puissance est augmentée, les nanomoteurs entrent en action, se déplacer et se heurter à des organites, des structures à l'intérieur d'une cellule qui remplissent des fonctions spécifiques. Les nanomoteurs peuvent agir comme des batteurs d'œufs pour homogénéiser essentiellement le contenu de la cellule, ou ils peuvent agir comme des béliers pour percer la membrane cellulaire.
Alors que les impulsions ultrasonores contrôlent si les nanomoteurs tournent ou avancent, les chercheurs peuvent contrôler encore plus les moteurs en les pilotant, en utilisant des forces magnétiques. Mallouk et ses collègues ont également découvert que les nanomoteurs peuvent se déplacer de manière autonome, indépendamment les uns des autres, une capacité qui est importante pour les applications futures. "Le mouvement autonome pourrait aider les nanomoteurs à détruire sélectivement les cellules qui les engloutissent, " dit Mallouk. " Si vous voulez que ces moteurs recherchent et détruisent les cellules cancéreuses, par exemple, il vaut mieux qu'ils se déplacent de façon autonome. Vous ne voulez pas qu'une masse entière d'entre eux aille dans une direction."
