Des scientifiques de l'Université Johannes Gutenberg de Mayence en Allemagne ont découvert que les nanoparticules de trioxyde de molybdène oxydent le sulfite en sulfate dans les cellules hépatiques par analogie à l'enzyme sulfite oxydase. Les nanoparticules de trioxyde de molybdène fonctionnalisées peuvent traverser la membrane cellulaire et s'accumuler au niveau des mitochondries, où ils peuvent récupérer l'activité de la sulfite oxydase.

La sulfite oxydase est une enzyme contenant du molybdène située dans les mitochondries des cellules hépatiques et rénales, qui catalyse l'oxydation du sulfite en sulfate au cours du métabolisme des protéines et des lipides et joue donc un rôle important dans les processus de détoxification cellulaire. Un manque de sulfite oxydase fonctionnelle est une maladie génétique rare mais mortelle provoquant des troubles neurologiques, retard mental, déformations physiques ainsi que dégradation du cerveau, ce qui conduit finalement à une mort prématurée. Divers traitements diététiques ou médicamenteux pour un déficit en sulfite oxydase ont été essayés avec un succès modéré.

C'est le fait que l'oxyde de molybdène est incorporé dans le site actif des enzymes qui a inspiré l'approche maintenant adoptée par l'équipe de scientifiques travaillant sous la direction du professeur Wolfgang Tremel de l'Institut JGU de chimie inorganique et de chimie analytique ainsi que le Dr Dennis Strand et le professeur Susanne Strand du département de médecine interne du centre médical universitaire de Mayence. Les chercheurs espèrent que cette étude pourra jeter les bases d'une application thérapeutique des nanoparticules de trioxyde de molybdène et donc de nouvelles possibilités pour traiter le déficit en sulfite oxydase.

Des niveaux de sulfite oxydase abaissés peuvent causer des problèmes de santé même pour des personnes par ailleurs en bonne santé. En outre, les sulfites sont utilisés comme conservateurs dans les aliments, par exemple., au vin rouge, jus de raisin, ou des cornichons dans un bocal. Les personnes ayant de faibles niveaux de sulfite oxydase réagissent avec des symptômes tels que la fatigue, asthme, baisse de la glycémie, ou mal de tête.

Avec leur étude, les scientifiques de Mayence pénètrent dans un territoire scientifiquement inexploré, car jusqu'à présent, il n'y a que quelques études sur les nanoparticules enzymatiquement actives. "C'est vraiment étonnant, que de simples nanoparticules inorganiques peuvent mimer une activité enzymatique, " dit Ruben Ragg, premier auteur de cette étude. Dans un précédent travail, le professeur Wolfgang Tremel et son équipe avaient montré que les nanofils d'oxyde de vanadium contiennent une activité antifouling induite par voie enzymatique qui empêche efficacement les navires d'être infestés par des micro-organismes marins. "C'est un objectif de longue date de la chimie de synthétiser des enzymes artificielles qui imitent les principes essentiels et généraux des enzymes naturelles, " a ajouté Tremel. Il existe de plus en plus de preuves que les nanoparticules peuvent agir comme des imitateurs d'enzymes. mais la caractéristique de la chimie enzymatique serait de catalyser des transformations dans les cellules en présence d'autres réactions concurrentes. C'est difficile à réaliser, car il nécessite une compatibilité avec d'autres réactions cellulaires fonctionnant dans des conditions et des vitesses similaires. Par conséquent, les enzymes artificielles ne sont pas seulement utiles pour comprendre le mécanisme de réaction des enzymes natives, mais aussi pour des applications futures en tant qu'agents thérapeutiques.

À la fois, l'utilisation de nanoparticules de molybdène aurait plusieurs avantages. "Les particules d'oxyde de molybdène sont considérablement moins chères et aussi plus stables que les enzymes génétiquement produites, " a ajouté le Dr Filipe Natalio, partenaire de coopération de l'Université Martin Luther de Halle-Wittenberg. Natalio conçoit de nouveaux matériaux capables d'imiter des structures complexes trouvées dans la nature en rassemblant un large éventail d'expertises allant des sciences des matériaux à la biologie et à la chimie. Les prochaines étapes du projet consisteront à tester si l'activité enzymatique des nanoparticules peut être conservée dans les organismes vivants.

Les équipes de recherche ont été soutenues par une subvention interdisciplinaire du JGU Center for Natural Sciences and Medicine (NMFZ) et du Max Planck Graduate Center (MPGC).