Alors que la conception des nanomachines progresse rapidement, les chercheurs ne se demandent plus si la nanomachine fonctionne mais combien de temps elle fonctionnera. C'est une question particulièrement importante car il y a tellement d'applications potentielles, par exemple, à usage médical, y compris l'administration de médicaments, diagnostic précoce, surveillance des maladies, instrumentation, et la chirurgie. Dans une nouvelle étude dirigée par Henry Hess, professeur agrégé de génie biomédical à Columbia Engineering, les chercheurs ont observé une navette moléculaire alimentée par des protéines motrices de la kinésine et l'ont trouvée se dégrader lors de son fonctionnement, marquant la première fois, ils disent, que la dégradation a été étudiée en détail dans un actif, nanomachine autonome.

"Notre nano-navette s'est dégradée comme une voiture qui tombe en panne après quelques centaines de milliers de kilomètres de conduite, sauf que, pour notre navette moléculaire, l'équivalent de cent mille milles s'avère être un millimètre, " dit Hess, qui a collaboré à l'étude avec son ancien étudiant Emmanuel Dumont PhD'14, maintenant Innovation Fellow chez Cornell Technion, et Catherine Do, chercheur postdoctoral à l'Institute for Cancer Genetics du Columbia University Medical Center. L'article - "Molecular wear of microtubules propulsed by surface-adhered kinesins" - est publié le 26 janvier dans Nature Nanotechnologie Publication en ligne avancée de .

Les chercheurs travaillent déjà à la création de muscles artificiels et d'autres matières actives, et, afin de rendre utile, systèmes pratiques, il est essentiel qu'ils comprennent comment faire durer les systèmes. "Qu'est-ce que cela signifie, " Hess explique, « est-ce que lorsque nous essayons de comprendre la conception des nanomachines biologiques fonctionnant à l'intérieur des cellules, puis que nous essayons d'inventer de nouvelles nanomachines synthétiques, nous devons être attentifs à leur durée de vie et les faire durer ou les rendre capables de se renouveler."

Les systèmes biomoléculaires peuvent subir une gamme de mouvements actifs à l'échelle nanométrique qui sont rendus possibles par la transduction de l'énergie chimique en travail mécanique par des processus de polymérisation et des protéines motrices. Hess et son équipe ont utilisé un système in vitro pour étudier le mouvement à l'échelle nanométrique et ses conséquences et ont découvert que l'activité mécanique des moteurs biomoléculaires provoque une usure à l'échelle moléculaire similaire à l'usure d'un moteur de voiture en marche. Chez l'homme, les moteurs biomoléculaires sont également responsables de la contraction des muscles et de la livraison de colis à l'intérieur des cellules, et, pour prévenir le vieillissement et la maladie, ces processus doivent se dérouler sans heurts pendant toute une vie. Des mécanismes biologiques tels que le remplacement continu de pièces moléculaires ont évolué pour empêcher la dégradation rapide des nanomachines du corps.

"Notre étude a montré que l'usure est un enjeu important qui doit être pris en compte dans la conception des nanomachines, " Hess ajoute. " Et il est clair qu'une meilleure compréhension de la nano-ingénierie nous aidera à mieux comprendre le vieillissement et la dégénérescence des systèmes biologiques. "