Les chimistes ont développé un nanomatériau qu'ils peuvent déclencher pour changer de forme - des feuilles plates aux tubes et de nouveau aux feuilles - de manière contrôlable. Les Journal de l'American Chemical Society publié une description du nanomatériau, qui a été développé à l'Université Emory et a un potentiel pour une gamme d'applications biomédicales, de l'administration de médicaments à libération contrôlée à l'ingénierie tissulaire.

Le nanomatériau, qui sous forme de feuille vaut 10, 000 fois plus fin que la largeur d'un cheveu humain, est fait de collagène synthétique. Le collagène naturel est la protéine la plus abondante chez l'homme, rendant le nouveau matériau intrinsèquement biocompatible.

"Personne n'a auparavant fabriqué du collagène avec les propriétés de changement de forme de notre nanomatériau, " dit Vincent Conticello, auteur principal de la découverte et professeur Emory de chimie biomoléculaire. « Nous pouvons le convertir des feuilles en tubes et vice-versa simplement en faisant varier le pH, ou concentration en acide, dans son environnement."

Le Emory Office of Technology Transfer a déposé une demande de brevet provisoire pour le nanomatériau.

Les premiers auteurs de la découverte sont Andrea Merg, un ancien post-doctorant du laboratoire Conticello qui est maintenant à l'Université de Californie Merced, et Gavin Touponse, qui a fait le travail en tant qu'étudiant de premier cycle Emory et est maintenant à la faculté de médecine de Stanford. Le travail était une collaboration entre Emory et des scientifiques du Laboratoire national d'Argonne, l'Institut Paul Scherrer de Villigen, La Suisse, et le Center for Cellular Imaging and NanoAnalytics de l'Université de Bâle.

Le collagène est la principale protéine structurelle du tissu conjonctif du corps, comme le cartilage, OS, tendons, ligaments et peau. Il est également abondant dans les vaisseaux sanguins, l'intestin, muscles et dans d'autres parties du corps.

Collagène prélevé sur d'autres mammifères, comme les porcs, est parfois utilisé pour la cicatrisation des plaies et d'autres applications médicales chez l'homme.

Le laboratoire de Conticello est l'un des quelques dizaines dans le monde à se concentrer sur le développement de collagène synthétique adapté aux applications en biomédecine et à d'autres technologies complexes. De tels biomatériaux synthétiques "concepteurs" peuvent être contrôlés d'une manière que le collagène naturel ne peut pas.

« Il y a 30 ans déjà, il est devenu possible de contrôler la séquence du collagène, " dit Conticello. " Le domaine a vraiment pris de l'ampleur, cependant, au cours des 15 dernières années grâce aux progrès de la cristallographie et de la microscopie électronique, ce qui nous permet de mieux analyser les structures à l'échelle nanométrique."

Le développement du nouveau nanomatériau à changement de forme à Emory était « un accident fortuit, " dit Conticello. " Il y avait un élément de chance et un élément de design. "

La protéine de collagène est composée d'une triple hélice de fibres qui s'enroulent les unes autour des autres comme une corde à trois brins. Les brins ne sont pas flexibles, ils sont raides comme des crayons, et ils s'entassent étroitement dans un réseau cristallin.

Le laboratoire Conticello travaille avec des feuilles de collagène qu'il développe depuis une décennie. "Une feuille est une grande, cristal bidimensionnel, mais à cause de la façon dont les peptides emballent, c'est comme tout un tas de crayons regroupés, " explique Conticello. " La moitié des crayons du paquet ont leurs mines dirigées vers le haut et l'autre moitié ont leur extrémité de la gomme dirigée vers le haut. "

Conticello voulait essayer d'affiner les feuilles de collagène afin que chaque côté soit limité à une fonctionnalité. Pour pousser l'analogie au crayon plus loin, une surface de la feuille serait constituée de tous les points de plomb et l'autre surface serait constituée de toutes les gommes. Le but ultime était de développer des feuilles de collagène qui pourraient être intégrées à un dispositif médical en rendant une surface compatible avec le dispositif et l'autre surface compatible avec les protéines fonctionnelles du corps.

Lorsque les chercheurs ont conçu ces types de surfaces distincts en feuilles de collagène uniques, cependant, ils furent surpris d'apprendre que cela faisait s'enrouler les draps comme des rouleaux. Ils ont ensuite découvert que la transition de changement de forme était réversible - ils pouvaient contrôler si une feuille était plate ou défilée simplement en changeant le pH de la solution dans laquelle elle se trouvait. Ils ont également démontré qu'ils pouvaient ajuster les feuilles pour changer de forme à des niveaux de pH particuliers. d'une manière qui pourrait être contrôlée au niveau moléculaire par la conception.

"Il est particulièrement intéressant que la condition autour de laquelle se produit la transition soit une condition physiologique, " dit Conticello. " Cela ouvre la possibilité de trouver un moyen de charger un médicament dans un tube de collagène sous contrôle, conditions de laboratoire. Le tube de collagène pourrait ensuite être réglé pour se déployer et libérer les molécules médicamenteuses qu'il contient après son entrée dans l'environnement de pH d'une cellule humaine. »