De petites quantités de couches organométalliques nanométriques protègent efficacement les globules rouges pendant la congélation et la décongélation, selon une équipe de chercheurs écrivant dans la revue Angewandte Chemie a découvert. Les nanocouches, constituées de charpentes organométalliques à base d’hafnium métallique, empêchent la formation de cristaux de glace à de très faibles concentrations. Ce nouveau mode de cryoprotection efficace pourrait être utilisé pour développer de nouveaux cryoprotecteurs plus efficaces pour les biosciences.
Crédit d’image: Angewandte Chemie
Les cryoprotecteurs empêchent la formation de cristaux de glace lorsque les échantillons sont congelés. La croissance des cristaux peut endommager les membranes cellulaires délicates et les composants cellulaires et perturber l’intégrité cellulaire. Certains solvants ou polymères font de bons cryoprotecteurs ; ils contrôlent la formation de cristaux de glace en liant les molécules d’eau et en perturbant leur assemblage ordonné pendant la formation de la glace.
La chimie de synthèse a encore d’autres atouts dans son sac pour cibler et influencer plus efficacement la formation de glace. Les cadres métallo-organiques (MOF) sont des réseaux cristallins tridimensionnels d’ions métalliques liés par des ligands organiques. Ces ligands peuvent être adaptés pour lier de petites molécules telles que l’eau, ce qui permet d’ajuster très précisément l’assemblage des molécules d’eau en cristaux de glace.
Wei Zhu de l’Université de technologie de Chine du Sud à Guangzhou (Chine) et ses collègues ont maintenant découvert qu’à mesure que les MOF à base d’hafnium et de ligands organiques deviennent plus minces, leur capacité à se lier et à influencer les molécules d’eau augmente, principalement parce que davantage de sites de ligands sont disponibles. L’équipe a donc développé une méthode de déconstruction contrôlée des charpentes métallo-organiques tridimensionnelles jusqu’à ce qu’il ne reste plus que des nanocouches minces bidimensionnelles.
Pour tester l’adéquation de leurs hafnium-MOL (MOL signifie couche organique métallique, pour les distinguer des MOF tridimensionnels) en tant que cryoprotecteurs, l’équipe a congelé des globules rouges, un type de cellule qui doit être stocké en grand nombre pour à des fins médicales, mais est facilement détruit par la formation de cristaux de glace. Par rapport à l’hydroxyéthylamidon (HES), qui est couramment utilisé comme cryoprotecteur, les MOL d’hafnium ont montré une excellente cryoprotection à une concentration minimale inférieure à 0,1 %, alors que les solutions HES sont généralement utilisées à des concentrations allant jusqu’à 30 %.
Zhu et l’équipe ont expliqué que les MOL sont si efficaces parce que la structure bidimensionnelle irrégulière des ligands liant les molécules d’eau empêche la formation de noyaux de cristaux de glace réguliers. L’équipe suggère que la réduction dimensionnelle des MOF est une nouvelle perspective intéressante pour obtenir des cryoprotecteurs hautement efficaces.
