La forme et la morphologie d’une cellule jouent un rôle clé dans sa fonction biologique. Ce principe, connu sous le nom de « la forme suit la fonction », est courant dans les domaines modernes du design et de l’architecture. Transférer ce principe aux cellules artificielles représente un défi en biologie synthétique. Les avancées dans la nanotechnologie de l’ADN offrent désormais des solutions prometteuses, permettant la création de nouveaux canaux de transport suffisamment larges pour faciliter le passage de protéines thérapeutiques à travers les membranes cellulaires.
Un outil innovant pour contrôler les cellules synthétiques
Dans ce domaine émergent, des scientifiques tels que le Professeur Laura Na Liu, directrice du 2ème institut de physique de l’Université de Stuttgart et membre de l’Institut Max Planck de recherche sur les solides, ont développé un outil novateur pour contrôler la forme et la perméabilité des membranes lipidiques dans les cellules synthétiques. Ces membranes, constituées de bicouches lipidiques, entourent un compartiment aqueux et servent de modèles simplifiés des membranes biologiques. Elles sont utiles pour étudier la dynamique des membranes, les interactions protéiques et le comportement des lipides.
Régulation du comportement cellulaire
Ce nouvel outil pourrait ouvrir la voie à la création de cellules synthétiques fonctionnelles. Les travaux scientifiques de Laura Na Liu visent à influencer significativement la recherche et le développement de nouvelles thérapies. Son équipe a réussi à utiliser des nanorobots ADN dépendants de signaux pour permettre des interactions programmables avec des cellules synthétiques. « Ce travail est une étape majeure dans l’application de la nanotechnologie ADN pour réguler le comportement cellulaire », déclare Liu.
Technologies de nanorobots ADN
L’équipe travaille avec des vésicules unilamellaires géantes (GUV), qui sont de simples structures de la taille des cellules imitant des cellules vivantes. Grâce aux nanorobots ADN, les chercheurs ont pu influencer la forme et la fonctionnalité de ces cellules synthétiques. La nanotechnologie de l’ADN est l’un des principaux domaines de recherche de Laura Na Liu, qui est experte en structures d’origami ADN, où des brins d’ADN sont pliés à l’aide de séquences plus courtes, appelées « staples ».
Applications et implications futures
Les chercheurs ont constaté que la transformation de ces nanorobots ADN pouvait être couplée à la déformation des GUV et à la formation de canaux synthétiques dans les membranes des GUV. Ces canaux ont permis à de grandes molécules de traverser la membrane et peuvent se refermer si nécessaire. « Cela signifie que nous pouvons utiliser des nanorobots ADN pour concevoir la forme et la configuration des GUV afin de permettre la formation de canaux de transport dans la membrane, » explique le Professeur Stephan Nussberger, co-auteur du travail.
Cette nouvelle recherche soulève des questions importantes : les plateformes synthétiques, comme les nanorobots ADN, pourraient-elles être conçues avec moins de complexité que leurs homologues biologiques, tout en fonctionnant dans un environnement biologique ?
Vers de nouvelles stratégies thérapeutiques
Ce système de canaux transmembranaires, créé par des nanorobots ADN, permet un passage efficace de certaines molécules et substances dans les cellules. Plus important encore, ces canaux sont larges et peuvent être programmés pour se fermer lorsque cela est nécessaire. Lorsqu’appliqué aux cellules vivantes, ce système pourrait faciliter le transport de protéines thérapeutiques ou d’enzymes vers leurs cibles dans la cellule, offrant ainsi de nouvelles possibilités pour l’administration de médicaments et d’autres interventions thérapeutiques.
« Notre approche ouvre de nouvelles possibilités pour imiter le comportement des cellules vivantes. Ce progrès pourrait être crucial pour les futures stratégies thérapeutiques, » conclut le Professeur Hao Yan, co-auteur de ce travail.