Dans le cadre d'une percée unique en son genre, une équipe de chercheurs de l'UBC Okanagan a développé un système d'adhésion artificielle qui imite fidèlement les interactions biologiques naturelles.
Le Dr Isaac Li et son équipe de la Faculté des sciences Irving K. Barber étudient la biophysique aux niveaux d'une seule molécule et d'une seule cellule. Leurs recherches visent à comprendre comment les cellules interagissent physiquement entre elles et avec leur environnement, dans le but ultime de développer des outils innovants pour le diagnostic et le traitement des maladies.
Deux des doctorants du Dr Li, Micah Yang et David Bakker, ont conçu une nouvelle molécule qui pourrait transformer la façon dont les cellules adhèrent et communiquent entre elles.
Micah Yang, l'auteur principal de l'étude, explique que toutes les cellules ont une « adhérence » naturelle qui leur permet de communiquer, de s'unir et de former des tissus. Contrairement aux colles ordinaires, qui ont tendance à se détacher plus facilement sous l'effet d'une force croissante, de nombreuses interactions adhésives cellulaires se comportent de manière opposée : plus vous tirez fort, plus elles tiennent fort. Cette adhérence contre-intuitive et auto-renforçante, connue sous le nom de lien de capture, est cruciale pour faciliter les fonctions biologiques essentielles et vous maintenir en un seul morceau.
L'innovation de Yang implique une paire de molécules d'ADN conçues pour reproduire ce comportement de capture.
Surnommé « l'hameçon » en raison de sa structure distinctive, ce système basé sur l'ADN se compose de deux éléments : le poisson et l'hameçon. Grâce à des interactions complémentaires entre paires de bases d'ADN, le système fonctionne comme un poisson mordant un hameçon, formant un lien de capture. Le comportement de la liaison peut être ajusté avec précision en modifiant les séquences d'ADN du poisson et de l'hameçon, permettant ainsi de contrôler sa force sous différentes forces.
« Les liaisons de capture jouent des rôles essentiels dans des systèmes tels que les récepteurs des lymphocytes T et les adhésions bactériennes, qui sont essentiels aux réponses immunitaires, à l'intégrité des tissus et à la mécano-détection ; la capacité d'une cellule à détecter et à répondre aux forces physiques », explique Yang. « La nature a perfectionné ces interactions au fil des millions d'années, mais reproduire synthétiquement leurs propriétés dynamiques a été un défi majeur ; jusqu'à présent.
L'étude, récemment publiée dans Communications naturellesmet en évidence les avantages de ce nouveau système basé sur l'ADN.
La modularité de ce système constitue une avancée significative par rapport aux précédentes obligations de capture artificielles. La capacité de contrôler avec précision le comportement dépendant de la force de la liaison en fait un outil idéal pour étudier les interactions biologiques et développer des matériaux innovants. »
Micah Yang, auteur principal de l'étude
Les applications potentielles du lien en hameçon sont vastes, explique Yang.
En science des matériaux, cette conception pourrait inspirer la création de matériaux réactifs qui deviennent plus résistants sous contrainte, ce qui les rend idéaux pour les technologies portables ou les applications aérospatiales où la durabilité est essentielle.
En médecine, cette approche pourrait améliorer les systèmes d’administration de médicaments ou les échafaudages tissulaires en leur permettant d’interagir avec les cellules de manière sensible à la force, imitant les processus biologiques naturels.
Alors que le développement de liaisons d'adhésion artificielles en est encore à ses débuts, Yang y voit une étape passionnante dans l'ingénierie biomimétique, une approche qui cherche à reproduire l'efficacité et l'adaptabilité des systèmes naturels. Ces travaux ouvrent de nouvelles possibilités pour concevoir des matériaux qui imitent ou améliorent les processus biologiques naturels.
« En imitant les interactions biologiques telles que les liaisons de capture, les scientifiques non seulement en apprennent davantage sur le fonctionnement de ces systèmes dans la nature, mais ouvrent également la voie à de nouvelles technologies capables d'améliorer la vie humaine. »
