Des scientifiques de l'Université de Bâle ont réussi à organiser des compartiments sphériques en grappes imitant la façon dont les organites naturels créeraient des structures complexes. Ils ont réussi à relier les compartiments synthétiques en créant des ponts d'ADN entre eux. Cela représente une étape importante vers la réalisation d'usines dites moléculaires. Le journal Lettres nano a publié ses résultats.

Dans une cellule, il existe des compartiments spécialisés appelés organites, comme par exemple le noyau, mitochondries, les peroxysomes et les vacuoles qui sont responsables de fonctions spécifiques de la cellule. Presque toutes les fonctions biologiques sophistiquées des cellules sont réalisées par auto-organisation, un processus par lequel les molécules adoptent un arrangement défini basé sur leurs conformations et propriétés spécifiques, sans orientation extérieure.

Utiliser l'auto-organisation des nano-objets en architectures complexes est une stratégie majeure pour produire de nouveaux matériaux aux propriétés ou fonctionnalités améliorées dans des domaines tels que la chimie, l'électronique et la technologie. Par exemple, cette stratégie a déjà été appliquée pour créer des réseaux de nanoparticules solides inorganiques. Cependant, jusque là, ces réseaux n'étaient pas en mesure d'imiter des structures sophistiquées qui ont des fonctions biologiques au sein des cellules et ont donc une application potentielle en médecine ou en biologie.

Les ponts d'ADN donnent de la stabilité

La recherche conjointe des groupes dirigés par les professeurs Cornelia Palivan et Wolfgang Meier fournit désormais une nouvelle approche pour auto-organiser les organites artificiels en grappes qui imitent la connexion entre leurs homologues naturels. En utilisant des brins d'ADN uniques pour interconnecter les compartiments sphériques, les scientifiques ont réussi à créer des clusters selon une architecture spécifique et des propriétés contrôlées. "Nous étions ravis de voir, que les différents brins d'ADN à la surface du compartiment sphérique ont migré ensemble et ont formé un pont avec les brins d'ADN du suivant", dit Palivan. Ce pont d'ADN représente une connexion extrêmement stable.

Cette stratégie inspirée de la nature va au-delà des démarches d'auto-organisation proprement dites, car il permet également l'intégration de diverses exigences telles que le réglage fin de la distance entre les compartiments ou différentes topologies "à la demande". Comme compartiments, les scientifiques ont utilisé des polymersomes, avec une membrane synthétique qui, contrairement aux liposomes, a le grand avantage d'être très stable et de contrôler la fusion des compartiments individuels au sein de la cellule.

Un avantage supplémentaire unique de cette stratégie pour organiser des nano-clusters est le fait que les compartiments peuvent être chargés avec des partenaires de réaction tels que des enzymes, protéines ou catalyseurs. Cela donne la base pour la poursuite de l'ingénierie des organites artificiels servant d'usines moléculaires. Cette recherche a été réalisée au sein du Centre National de Compétences en Recherche (NCCR) Ingénierie des Systèmes Moléculaires.