Les cellules et la machinerie qu'elles enveloppent sont de la matière molle, des systèmes multi-composants qui changent de forme et dont la richesse de formes est écrasante. Mais, ces emballages visqueux sont des cibles difficiles pour des applications thérapeutiques et diagnostiques potentielles qui exploitent les nanomatériaux, des points quantiques qui éclairent des tissus spécifiques aux nanocages transportant des charges utiles de médicaments.

Le problème, selon une équipe de 12 experts de cinq pays, découle d'un « décalage » entre la complexité structurelle que la nature a sélectionnée au cours de milliards d'années d'évolution et les conceptions minimalistes des nanomatériaux synthétiques, optimisé pour les conditions de laboratoire.

Les progrès des nanotechnologies ont permis de contrôler la taille, forme, composition, élasticité et propriétés chimiques des nanomatériaux fabriqués en laboratoire. Pourtant, beaucoup de ces matériaux ne fonctionnent pas comme prévu dans le corps. Dans un récent numéro de Biointerphases , des éditions AIP, l'équipe se concentre sur les biomembranes, les couches bilipidiques et les protéines qui entourent les cellules. Ils explorent les barrières qu'un nanomatériau synthétique doit franchir pour entrer dans une cellule et atteindre son objectif.

La perspective consensuelle de l'équipe sur la conception de nanomatériaux « intelligents » de nouvelle génération pour des applications biologiques est née de discussions lors d'un récent atelier sur les biomatériaux et les membranes. L'atelier annuel est organisé par le Smart Nano-objects for Alteration of Lipid bilayers (SNAL) Initial Training Network, financé par le septième programme-cadre de l'Union européenne.

Les auteurs soulignent que l'introduction de nanomatériaux synthétiques dans des environnements biologiques peut déclencher des interactions inattendues et des comportements imprévisibles, caractéristiques des systèmes de matière molle. Les protéines se lient à des objets nanométriques formant des couronnes protéiques qui peuvent entraver l'effet thérapeutique attendu, altérer les processus de signalisation membranaire, induire une réponse immunitaire, ou déclencher d'autres réactions indésirables.

De la même manière, les études théoriques et les simulations supposent des nanomatériaux parfaitement uniformes aux propriétés idéalisées, mais les vrais nanomatériaux peuvent varier en termes de rugosité de surface et de taille. En outre, ils peuvent se regrouper lorsqu'ils sont introduits dans le corps. Même de légères variations peuvent conduire à des interactions différentes dans les milieux biologiques.

« Les défis que nous posons sont destinés à servir de lignes directrices qui aideront le domaine à aborder les prochains degrés de complexité biologique, difficultés et questions ouvertes, " a déclaré Marco Werner, à l'Universitat Rovira i Virgili en Espagne. « Si des concepts théoriques, modèles membranaires, et les expériences cellulaires se rapprochent et favorisent un langage commun, nous améliorerons également notre capacité à prédire si les matériaux que nous concevons atteindront l'objectif prévu."