Un nouvel outil pour la biologie synthétique : une étape importante dans l'application de la nanotechnologie de l'ADN
Des nanorobots d'ADN capables de modifier des cellules artificielles
Des scientifiques de l'université de Stuttgart ont réussi à contrôler la structure et la fonction des membranes biologiques à l'aide d'un "origami d'ADN". Le système qu'ils ont mis au point pourrait faciliter le transport de charges thérapeutiques importantes dans les cellules. Cela ouvre une nouvelle voie pour l'administration ciblée de médicaments et d'autres interventions thérapeutiques. Un instrument très précieux peut ainsi être ajouté à la boîte à outils de la biologie synthétique. Laura Na Liu et son équipe ont publié leurs résultats dans la revue "Nature Materials".
Nanorobots d'ADN reconfigurables fonctionnant à la surface de cellules synthétiques.
Universität Stuttgart / 2. Physikalisches Institut
La forme et la morphologie d'une cellule jouent un rôle clé dans sa fonction biologique. Cela correspond au principe de "la forme suit la fonction", courant dans les domaines modernes du design et de l'architecture. Le transfert de ce principe aux cellules artificielles est un défi pour la biologie synthétique. Les progrès de la nanotechnologie de l'ADN offrent aujourd'hui des solutions prometteuses. Elles permettent de créer de nouveaux canaux de transport suffisamment larges pour faciliter le passage des protéines thérapeutiques à travers les membranes cellulaires. Dans ce domaine émergent, des scientifiques tels que le professeur Laura Na Liu, directrice du2e institut de physique de l'université de Stuttgart et membre du Max Planck Institute for Solid State Research (MPI-FKF), ont mis au point un outil innovant pour contrôler la forme et la perméabilité des membranes lipidiques dans les cellules synthétiques. Ces membranes sont constituées de bicouches lipidiques qui enferment un compartiment aqueux et servent de modèles simplifiés des membranes biologiques. Elles sont utiles pour étudier la dynamique des membranes, les interactions entre les protéines et le comportement des lipides.
Une étape importante dans l'application de la nanotechnologie de l'ADN
Ce nouvel outil pourrait ouvrir la voie à la création de cellules synthétiques fonctionnelles. Les travaux scientifiques de Laura Na Liu visent à influencer de manière significative la recherche et le développement de nouvelles thérapies. Liu et son équipe ont réussi à utiliser des nanorobots d'ADN dépendant d'un signal pour permettre des interactions programmables avec des cellules synthétiques. "Ce travail est une étape importante dans l'application de la nanotechnologie de l'ADN pour réguler le comportement des cellules", déclare Liu. L'équipe travaille avec des vésicules unilamellaires géantes (GUV), des structures simples de la taille d'une cellule qui imitent les cellules vivantes. À l'aide de nanorobots d'ADN, les chercheurs ont pu influencer la forme et la fonctionnalité de ces cellules synthétiques.
De nouveaux canaux de transport pour les protéines et les enzymes
La nanotechnologie de l'ADN est l'un des principaux domaines de recherche de Laura Na Liu. Elle est experte en structures d'origami d'ADN - des brins d'ADN qui sont pliés au moyen de séquences d'ADN plus courtes spécialement conçues, appelées agrafes. L'équipe de Liu a utilisé des structures d'origami d'ADN comme nanorobots reconfigurables, capables de changer de forme de manière réversible et d'influencer ainsi leur environnement immédiat à l'échelle du micromètre. Les chercheurs ont découvert que la transformation de ces nanorobots d'ADN pouvait être couplée à la déformation des GUV et à la formation de canaux synthétiques dans les membranes des GUV modèles. Ces canaux permettent aux grosses molécules de traverser la membrane et peuvent être refermés si nécessaire.
Des structures d'ADN entièrement artificielles pour les environnements biologiques
"Cela signifie que nous pouvons utiliser des nanorobots d'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, coauteur de ces travaux. "Il est extrêmement intéressant de constater que le mécanisme fonctionnel des nanorobots d'ADN sur les GUV n'a pas d'équivalent biologique direct dans les cellules vivantes", ajoute le professeur Nussberger.
Ces nouveaux travaux soulèvent de nouvelles questions : Les plateformes synthétiques - telles que les nanorobots d'ADN - pourraient-elles être conçues avec moins de complexité que leurs homologues biologiques, qui fonctionneraient néanmoins dans un environnement biologique ?
Comprendre les mécanismes des maladies et améliorer les thérapies
La nouvelle étude constitue un pas important dans cette direction. Le système de canaux transmembranaires, créé par les nanorobots d'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 en cas de besoin. Appliqué aux cellules vivantes, ce système peut faciliter le transport de protéines ou d'enzymes thérapeutiques vers leurs cibles dans la cellule. Il offre donc 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. Cette avancée pourrait être cruciale pour les futures stratégies thérapeutiques", déclare le professeur Hao Yan, l'un des co-auteurs de ce travail.
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