Vue d'artiste de l'auto-assemblage amphiphile à partir de molécules dissoutes (à droite, premier plan), la formation d'une nano-gouttelette (au milieu), dans un liposome (à gauche, loin en arrière). Crédit :Giorgio Gasco
La création de membranes est d'une importance énorme en biologie, mais aussi dans de nombreuses applications chimiques développées par l'homme. Ces membranes se forment spontanément lorsque des molécules semblables à du savon dans l'eau se rejoignent. Les chercheurs de l'Université de technologie d'Eindhoven ont désormais une vision claire de l'ensemble du processus. Il s'avère que la formation de membranes commence par des nano-gouttelettes dans l'eau avec une concentration plus élevée de molécules de type savon. Si vous pouvez contrôler ces nanogouttelettes, vous pouvez contrôler la forme, épaisseur et dimension des membranes. Ceci est d'une grande importance pour, entre autres, le développement de nouveaux nanomédicaments. Les résultats sont publiés dans Chimie de la nature .
Membranes biologiques, et variantes artificielles, sont constitués de molécules amphiphiles, dont le savon est un exemple. Ces molécules ont une tête qui se lie à l'eau, mais une queue qui se détourne de l'eau. Vous pouvez imaginer qu'un groupe de telles molécules dans l'eau, met de préférence les queues ensemble, et sort la tête, vers l'eau. Des processus similaires dominent également la création de membranes. Ils sont souvent sphériques, comme les liposomes, afin que vous puissiez, par exemple, mettre un médicament dedans. Et aussi la membrane ultime, la paroi cellulaire, est construit de manière similaire.
Comment les nano-gouttelettes s'auto-assemblent
Jusqu'à maintenant, la formation de « micelles » était considérée comme la première étape de la formation des membranes. Une micelle est une structure sphérique extrêmement petite (environ 100 nanomètres) de molécules amphiphiles, toutes avec la queue vers l'intérieur et la tête vers l'extérieur. Cependant, des chercheurs de l'Université de technologie d'Eindhoven ont découvert un début différent :la formation de nano-gouttelettes dans l'eau avec une concentration plus élevée de molécules amphiphiles. A l'interface de cette goutte, les molécules amphiphiles, comme c'était, se prendre la main :d'abord ils forment des sphères, qui se transforment alors en cylindres ou en plaques, puis une membrane fermée est créée qui enferme la nano-gouttelette. Avec ce processus dit « d'auto-assemblage », la goutte est devenue un liposome.
Schéma de l'auto-assemblage à partir de nano-gouttelettes (à gauche), intermédié par des micelles et des cylindres et des plaques (au milieu), dans un liposome (à droite). Crédit :Alessandro Ianiro/ Chimie de la nature
L'équipe de recherche a prédit ce résultat sur la base d'un modèle mathématique et de simulations informatiques, puis l'a confirmé avec une forme très spéciale de microscopie électronique. Avec la microscopie électronique en phase liquide, ils pourraient faire des vidéos de la formation des liposomes. Parce que les molécules amphiphiles ordinaires sont trop petites pour que même cette forme de microscopie puisse les voir, les chercheurs ont utilisé des molécules beaucoup plus grosses qui fonctionnent de la même manière (copolymères à blocs).
Applications
Selon les chercheurs, leurs nouvelles connaissances sont fondamentales pour mieux contrôler l'auto-assemblage des membranes. Ils s'attendent à voir les connaissances se refléter dans un large éventail d'applications. Entre autres, Professeur Nico Sommerdijk, l'un des chercheurs, pense à la nanomédecine, y compris de meilleures façons d'administrer les médicaments contre le cancer au bon endroit dans le corps, en les encapsulant dans des liposomes.
