On sait depuis longtemps que l'or peut être utilisé pour faire des choses dont les philosophes n'ont même jamais rêvé. L'Institut de physique nucléaire de l'Académie polonaise des sciences de Cracovie a confirmé l'existence de la « colle d'or » :des liaisons impliquant des atomes d'or, capable de lier en permanence des anneaux protéiques. Habilement utilisé par une équipe internationale de scientifiques, les liaisons ont permis de construire des nanocages moléculaires avec une structure jusqu'ici inégalée dans la nature ou même en mathématiques.

Le monde de la science s'intéresse aux cages moléculaires depuis des années. Non sans raison. Molécules chimiques, y compris ceux qui, dans des conditions normales, entreraient dans des réactions chimiques, peuvent être enfermés dans leurs intérieurs vides. Les particules du composé enfermé, séparés par les parois de la cage de l'environnement, n'ont rien avec quoi se lier. Ces cages peuvent donc être utilisées, par exemple, transporter des médicaments en toute sécurité dans une cellule cancéreuse, ne libérant le médicament que lorsqu'ils sont à l'intérieur.

Les cages moléculaires sont des polyèdres constitués de « briques » plus petites, généralement des molécules de protéines. Les briques ne peuvent avoir aucune forme. Par exemple, si nous voulions construire un polyèdre moléculaire en utilisant uniquement des objets ayant le contour d'un triangle équilatéral, la géométrie nous limiterait à trois figures solides :un tétraèdre, un octaèdre ou un icosaèdre. Jusque là, il n'y a pas eu d'autres possibilités structurelles.

"Heureusement, L'idéalisme platonicien n'est pas un dogme du monde physique. Si vous acceptez certaines inexactitudes dans la figure solide en cours de construction, vous pouvez créer des structures avec des formes qui ne se trouvent pas dans la nature, quoi de plus, aux propriétés très intéressantes, " déclare le Dr Tomasz Wrobel de l'Institut de physique nucléaire de Cracovie de l'Académie polonaise des sciences (IFJ PAN).

Le Dr Wrobel est l'un des membres d'une équipe internationale de chercheurs qui ont récemment réalisé « l'impossible » :ils ont construit une cage de forme semblable à une sphère à partir de protéines à onze parois. Les principaux auteurs de ce succès spectaculaire sont des scientifiques du groupe du professeur Jonathan Heddle du Centre de biotechnologie Malopolska de l'Université Jagellonne de Cracovie et de l'Institut japonais RIKEN à Wako. Le travail décrit dans La nature a eu lieu avec la participation de chercheurs des universités d'Osaka et de Tsukuba (Japon), Durham (Grande-Bretagne), Waterloo (Canada) et d'autres centres de recherche.

Chacune des parois des nouvelles nanocages était formée d'un anneau protéique duquel sortaient à intervalles réguliers onze molécules de cystéine. C'est à l'atome de soufre présent dans chaque molécule de cystéine que la « colle », c'est-à-dire l'atome d'or, était prévu d'être joint. Dans les conditions appropriées, il pourrait se lier avec un atome de soufre de plus, dans la cystéine d'un anneau suivant. De cette manière, une liaison chimique permanente se formerait entre les deux cycles. Mais l'atome d'or dans ces conditions serait-il vraiment capable de former une liaison entre les anneaux ?

"Dans le laboratoire d'imagerie spectroscopique de l'IFJ PAS, nous avons utilisé la spectroscopie Raman et la spectroscopie photoélectronique aux rayons X pour montrer que dans les échantillons qui nous ont été fournis avec les nanocages de test, l'or a vraiment formé des liaisons avec des atomes de soufre dans les cystéines. En d'autres termes, dans un difficile, mesure directe, nous avons prouvé qu'il existe vraiment de la « colle » dorée pour lier les anneaux de protéines dans les cages, " explique le Dr Wrobel.

Chaque atome d'or peut être traité comme un clip autonome qui permet d'attacher un autre anneau. La route vers « l'impossible » commence quand on se rend compte qu'on n'est pas toujours obligé d'utiliser tous les clips ! Donc, bien que tous les anneaux des nouvelles nanocages soient physiquement les mêmes, selon leur place dans la structure ils se connectent avec leurs voisins avec un nombre différent d'atomes d'or, et fonctionnent ainsi comme des polygones avec différents nombres de sommets. 24 parois de nanocages présentées par les chercheurs étaient maintenues ensemble par 120 atomes d'or. Le diamètre extérieur des cages était de 22 nanomètres et le diamètre intérieur était de 16 nm.

L'utilisation d'atomes d'or comme liant pour les nanocages est également importante en raison de ses applications possibles. Dans les structures moléculaires antérieures, les protéines ont été collées ensemble en utilisant de nombreuses liaisons chimiques faibles. La complexité des liaisons et leur similitude avec les liaisons responsables de l'existence des anneaux protéiques eux-mêmes ne permettaient pas un contrôle précis de la décomposition des cages. Ce n'est pas le cas dans les nouvelles structures. D'un côté, les nanocages liés à l'or sont chimiquement et thermiquement stables (par exemple, ils résistent à des heures d'ébullition dans l'eau). D'autre part, cependant, les liaisons en or sont sensibles à une augmentation de l'acidité. Par son augmentation, la nanocage peut être décomposée de manière contrôlée et le contenu peut être libéré dans l'environnement. Étant donné que l'acidité à l'intérieur des cellules est plus élevée qu'à l'extérieur, Les nanocages liées à l'or sont idéales pour les applications biomédicales.

La nanocage « impossible » est la présentation d'une approche qualitativement nouvelle de la construction de cages moléculaires, avec des atomes d'or dans le rôle de clips lâches. La flexibilité démontrée des liaisons en or permettra à l'avenir de créer des nanocages avec des tailles et des caractéristiques précisément adaptées à des besoins spécifiques.