La dopamine est surtout connue comme neurotransmetteur. Ce qui est plutôt inconnu, cependant, la colle sous-marine utilisée par les moules contient de grandes quantités de molécules de L-Dopa, un analogue de la dopamine. Inspirés par cela, des revêtements de polydopamine ont récemment été décrits qui pourraient être utilisés pour activer des surfaces autrement inactives. Un problème dans le développement de ces revêtements est que leur structure exacte est inconnue. Plusieurs modèles de revêtements de polydopamine ont été proposés, mais les scientifiques de l’Université de Groningue ont maintenant montré par des mesures directes à quoi ressemblent vraiment ces revêtements. Leurs résultats ont été publiés dans Communication Nature le 7 février 2023.
Les revêtements de polydopamine sont très prometteurs : ils ne nécessitent aucun solvant autre que l’eau et sont biocompatibles. Ce sont des revêtements polyvalents qui adhèrent à presque toutes les surfaces et sont utiles comme couches intermédiaires, par exemple sur des surfaces inactives comme les polyoléfines. «Pourtant, jusqu’à présent, nous ne comprenions pas leur composition exacte ni la manière dont ils se forment», explique Hamoon Hemmatpour, chercheur postdoctoral au Product Technology Group de l’Institut d’ingénierie et de technologie de l’université de Groningue.
Blocs de construction
Pour remédier à cette lacune, Hemmatpour entreprit d’étudier la formation des revêtements. «À l’échelle macroscopique, ce revêtement se forme très rapidement, trop rapidement pour étudier les intermédiaires qui pourraient révéler ce qui se passe», explique-t-il. Il a donc utilisé des tubes nanométriques à partir d’un minéral argileux comme substrat pour le revêtement. Une grande surface et des charges négatives dans le minéral attirent les intermédiaires de la solution, ralentissant ainsi le processus de polymérisation. « Cela nous a permis de prélever des échantillons de nanotubes pendant le processus de polymérisation pour identifier les intermédiaires. »
Les tentatives précédentes pour caractériser les revêtements de polydopamine utilisaient des techniques telles que la spectrométrie de masse, qui révèlent la composition mais pas la structure chimique exacte du polymère. En étudiant les intermédiaires sur les nanotubes avec la RMN à l’état solide et la spectroscopie photoélectronique à rayons X (XPS), Hemmatpour a pu reconstruire ce qui se passe pendant la polymérisation. « Ces techniques montrent quelles liaisons chimiques sont présentes. » Une fois toutes les informations réunies, Hemmatpour et ses collègues ont pu découvrir les structures des blocs de construction dans les revêtements, et ainsi résoudre leur structure.
Sel tampon
La dopamine commence à polymériser lorsque la solution tamponnée atteint un pH de 8,5 ou plus. « Une chose que nous avons remarquée est que le sel tampon TRIS est devenu une partie de la structure, une partie importante pendant les premières phases de polymérisation, et à un degré moindre au fur et à mesure que la réaction progressait. » L’analyse finale du processus révèle une auto-oxydation de la dopamine, suivie d’une réticulation, d’une cyclisation intramoléculaire et d’une isomérisation.
Cette étude révèle la formation et la structure des revêtements de polydopamine, ce qui permet aux scientifiques d’adapter le processus à différentes applications.
Nous pensons également que notre utilisation des nanotubes d’argile pourrait être étendue à l’étude d’autres processus rapides. Et adapter les nanotubes pour augmenter la surface nous permettrait de ralentir encore plus les réactions. »
Hamoon Hemmatpour, chercheur postdoctoral au Product Technology Group de l’Institut d’ingénierie et de technologie de l’Université de Groningue
Neurones
«Il y a d’autres observations intéressantes dans cette étude», ajoute Hemmatpour. «Dans les cellules neurales, la dopamine est stockée dans des vésicules à pH très bas, mais dans les maladies neurodégénératives, ces vésicules fuient d’une manière ou d’une autre et la dopamine s’accumule dans le cytosol où le pH est plus élevé. Là, la dopamine se polymérise en amas toxiques, qui finissent par tuer les neurones. Notre étude offre de nouvelles perspectives sur ce mécanisme et les intermédiaires de ce processus qui peuvent être utilisés pour trouver un moyen de traiter les maladies neurodégénératives.
