La nature assemble de manière exquise des protéines et des peptides en matériaux fonctionnels hautement ordonnés, tels que ceux critiques pour la formation osseuse. Ces matériaux naturels incitent les chercheurs à innover dans leurs approches pour imiter la nature pour une gamme d'applications biomédicales potentielles. Récemment, des scientifiques des matériaux dirigés par le Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) ont assemblé des réseaux de polymères synthétiques de type protéine (peptoïdes) hautement ordonnés sur une surface plane, marquant une percée majeure dans les revêtements biomimétiques.

Cette équipe de recherche, dirigé par Chun-Long Chen du PNNL, réalisé avec succès l'auto-assemblage de peptoïdes dans des réseaux de nanorubans à motifs hexagonaux sur des surfaces minérales. Qu'est-ce que cela signifie pour quelqu'un qui n'est pas un scientifique des matériaux ? Cela signifie que les chercheurs ont enduit des molécules de type protéine sur des surfaces solides d'une manière hautement ordonnée pour créer des matériaux similaires aux surfaces des tissus durs, comme des os ou des coquillages. Ceci est similaire à la façon dont les protéines naturelles forment des réseaux organisés pour doter les tissus de propriétés uniques. La nouvelle approche des chercheurs pourrait potentiellement conduire au développement de matériaux de revêtement biomimétiques pour diverses applications.

Les protéines présentes dans la nature forment les machines moléculaires qui rendent la vie possible. Les peptoïdes sont très stables, molécules de type protéine développées par des scientifiques pour imiter les protéines naturelles. Ils ne coûtent pas cher, polyvalent, et personnalisable et peut être conçu pour avoir des formes et des fonctions spécifiques. L'auto-assemblage moléculaire est essentiel en biologie pour construire des matériaux protéiques bien définis. Les chercheurs ont pu réaliser un auto-assemblage contrôlable de peptoïdes sur une surface plane en manipulant des interactions au niveau moléculaire grâce à des techniques avancées de chimie et de microscopie.

Leur percée fournit une nouvelle plate-forme robuste à partir de laquelle assembler des polymères synthétiques à séquences définies en matériaux biomimétiques. Les applications résultantes de la science pourraient inclure des revêtements de surface avec des fonctions réglables pour une utilisation dans la réparation ou la régénération osseuse, adhésion cellulaire, antifouling, activités antibactériennes, et plus.

L'équipe de recherche de Chen a réalisé l'assemblage contrôlable de peptoïdes définis par séquence en manipulant la chimie de leurs chaînes latérales pour régler les interactions moléculaires. Ils ont ensuite utilisé un microscope spécial qui peut voir des molécules pour observer l'assemblage peptoïde en temps réel. Les chercheurs ont également mesuré la quantité d'énergie nécessaire pour éloigner les peptoïdes les uns des autres et de la surface minérale. Les résultats combinés ont permis à l'équipe de mieux comprendre les mécanismes qui conduisent à l'assemblage de ces peptoïdes en nanorubans à motifs hexagonaux. Ils ont en outre démontré que l'assemblage peptoïde dirigé en surface peut être utilisé comme un outil pour fabriquer des matériaux de revêtement biomimétiques avec des fonctionnalités contrôlées.

L'équipe pousse les peptoïdes à faire plus grâce à l'initiative de synthèse et de simulation de matériaux du PNNL et au programme de matériaux biomoléculaires du bureau des sciences de l'énergie de base du département américain de l'Énergie. Ils étudient la capacité des peptoïdes à s'auto-assembler à la fois sur des surfaces solides et en solution pour développer de nouveaux matériaux, comme les membranes biomimétiques. Finalement, ils espèrent parvenir à une compréhension plus complète de l'assemblage peptoïde qui est programmable et prévisible.