Une équipe dirigée par les scientifiques de Lawrence Livermore a créé un nouveau type de canal ionique à base de nanotubes de carbone courts, qui peut être inséré dans des bicouches synthétiques et des membranes cellulaires vivantes pour former de minuscules pores qui transportent l'eau, protons, petits ions et ADN.
Ces « porines » de nanotubes de carbone ont des implications importantes pour les futures applications de soins de santé et de bio-ingénierie. Les porines de nanotubes pourraient éventuellement être utilisées pour administrer des médicaments au corps, servir de base à de nouveaux biocapteurs et applications de séquençage d'ADN, et être utilisés comme composants de cellules synthétiques.
Les chercheurs s'intéressent depuis longtemps au développement d'analogues synthétiques de canaux membranaires biologiques qui pourraient reproduire une efficacité élevée et une sélectivité extrême pour le transport d'ions et de molécules que l'on trouve généralement dans les systèmes naturels. Cependant, ces efforts ont toujours impliqué des problèmes de travail avec des produits synthétiques et ils n'ont jamais égalé les capacités des protéines biologiques.
Contrairement à la prise d'une pilule qui est absorbée lentement et est délivrée à tout le corps, les nanotubes de carbone peuvent localiser une zone exacte à traiter sans endommager les autres organes environnants.
"De nombreux médicaments bons et efficaces qui traitent les maladies d'un organe sont assez toxiques pour un autre, " dit Alexandre Noy, un biophysicien du LLNL qui a dirigé l'étude et est l'auteur principal de l'article paru dans le numéro du 30 octobre de la revue, La nature . "C'est pourquoi la livraison à une partie particulière du corps et la libération seulement là-bas est beaucoup mieux."
L'équipe de Lawrence Livermore, avec des collègues de la Molecular Foundry du Lawrence Berkeley National Laboratory, campus de l'Université de Californie Merced et Berkeley, et l'Université du Pays Basque en Espagne ont créé un nouveau type de système beaucoup plus efficace, canal de pore de membrane biocompatible à partir d'un nanotube de carbone (CNT) - une molécule semblable à de la paille constituée d'une feuille de graphène enroulée.
Cette recherche a montré que malgré leur simplicité structurelle, Les porines des NTC présentent de nombreux comportements caractéristiques des canaux ioniques naturels :elles s'insèrent spontanément dans les membranes, basculer entre les états de conductance métastable, et présentent des blocages caractéristiques induits par des macromolécules. L'équipe a également constaté que, tout comme dans les canaux biologiques, les charges locales des canaux et des membranes pourraient contrôler la conductance ionique et la sélectivité ionique des porines des NTC.
"Nous avons découvert que ces nanopores sont une plateforme biomimétique prometteuse pour le développement d'interfaces cellulaires, étudier le transport dans les canaux biologiques, et la création de biocapteurs, " Noy a déclaré. "Nous pensons aux porines CNT comme un premier nanopore synthétique vraiment polyvalent qui peut créer une gamme d'applications en biologie et en science des matériaux."
"Pris ensemble, nos résultats établissent les porines CNT comme un prototype prometteur d'un canal membranaire synthétique avec une robustesse inhérente aux défis biologiques et chimiques et une biocompatibilité exceptionnelle qui devrait s'avérer utile pour les applications d'interface bionanofluidique et cellulaire, " a déclaré Jia Geng, un post-doctorant qui est le premier co-auteur de l'article.
Kyunghoon Kim, un postdoc et un autre co-auteur, a ajouté : « Nous nous attendons également à ce que nos porines CNT puissent être modifiées avec des « portes » synthétiques pour modifier considérablement leur sélectivité, ouvrant des possibilités passionnantes pour leur utilisation dans des cellules synthétiques, délivrance de médicaments et biodétection."
