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Posté par Adrien le Mercredi 27/04/2011 à 00:00
Nano-objets biomimétiques: vers la maîtrise des assemblages

CEA
Des chercheurs du CEA, du CNRS et du laboratoire pharmaceutique Ipsen ont récemment montré, en utilisant le synchrotron SOLEIL, qu'il est possible de générer des nanotubes de peptides dont le diamètre est parfaitement contrôlé. Formés par assemblage spontané d'un peptide, le Lanréotide, ces nanotubes sont conditionnés par la structure de cette « brique de base ». En modifiant judicieusement l'un des acides aminés du Lanréotide, les chercheurs ont réussi à obtenir une gamme de 17 nanotubes parfaitement réguliers et de diamètres maîtrisés. Une première qui ouvre de nombreuses perspectives notamment dans la sphère des nanotechnologies. Ces travaux sont publiés en ligne dans la revue PNAS.

Dans le domaine des nanotechnologies, il est important de contrôler la taille des nano-objets, puisque cette taille module les propriétés physiques de ces matériaux. Cependant, les tentatives de contrôle de la taille des architectures (Architectures est une série documentaire proposée par Frédéric Campain et Richard Copans, diffusé sur Arte depuis 1995.) par modification de la brique unitaire, rapportées dans la littérature, ont souvent échoué. Adoptant une approche biomimétique, des chercheurs du CEA-iBiTec-S, du CNRS (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand organisme de recherche scientifique public français (EPST).) et d'Ipsen se sont intéressés à une petite molécule, le Lanréotide, un octapeptide cyclique. Cet analogue d'une hormone (Une hormone est un messager chimique véhiculé par le système circulatoire qui agit à distance de son site de production par fixation sur des...) naturelle, la Somatostatine, est classiquement utilisé comme médicament. Composé de huit acides aminés, ce peptide possède la propriété de s'assembler dans l'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les organismes vivants connus.) en dimères, qui s'associent à leur tour pour former des nanotubes de diamètre défini. Ce type de structures auto-assemblées constitue une approche intéressante pour la synthèse de nanomatériaux car dans ces systèmes, la forme et la taille sont principalement conditionnées par la structure des briques de base.


a. Étapes d'assemblages du Lanréotide en nanotubes: monomère ? dimère ? cristal 2-D courbe (En géométrie, le mot courbe, ou ligne courbe désigne certains sous-ensembles du plan, de l'espace usuels. Par exemple, les droites, les segments, les lignes...) ? nanotube (Le nanotube est une structure cristalline particulière, de forme tubulaire, creuse et close, composée d'atomes disposés régulièrement en pentagones, hexagones et/ou heptagones, obtenue à...)
b. Empilement du Lanréotide dans la paroi interne (En France, ce nom désigne un médecin, un pharmacien ou un chirurgien-dentiste, à la fois en activité et en formation à l'hôpital ou en cabinet pendant une...) des nanotubes: mise en évidence du contact entre peptides assuré par le tryptophane, acide (Un acide est un composé chimique généralement défini par ses réactions avec un autre type de composé chimique complémentaire, les...) aminé modifié pour moduler le diamètre des nanotubes.
c. Observation (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de moyens d’enquête et d’étude...) des nanotubes par microscopie (La microscopie est l'observation d'un échantillon (placé dans une préparation microscopique plane de faible épaisseur) à travers le microscope. La...) électronique (nanotubes de peptide à gauche ; nanotubes de peptides minéralisés par la silice à droite)

Les chercheurs ont alors supposé que les acides aminés assurant les contacts entre peptides régissaient le rayon de courbure (Intuitivement, courbe s'oppose à droit : la courbure d'un objet géométrique est une mesure quantitative du caractère « plus ou...) des nanotubes. Ils ont conçu un modèle géométrique qui explique dans quelle mesure une modification de quelques angströms sur la structure de base du peptide influe sur la taille du nanotube. Ce modèle leur permet de rationaliser, voire de prédire, les diamètres des nanotubes ainsi générés. La vérification expérimentale de ce modèle a été faite grâce à la synthèse d'analogues du Lanréotide. Toute la stratégie de cette étude a reposé sur la modification d'un acide aminé impliqué dans un contact entre peptides et sur la démonstration que ce changement entraîne une variation du diamètre des nanotubes de manière contrôlée.

Les chercheurs ont donc synthétisé des analogues du Lanréotide en substituant de manière ciblée un acide aminé par un autre. Ces peptides conservent des propriétés d'assemblage similaires à celles du Lanréotide et forment des nanotubes. La caractérisation de ces architectures, faite par microscopie électronique et diffusion (Dans le langage courant, le terme diffusion fait référence à une notion de « distribution », de « mise...) de rayons X au synchrotron (Le terme synchrotron désigne un type de grand instrument destiné à l'accélération à haute énergie de particules élémentaires.) SOLEIL (Le Soleil (Sol en latin, Helios ou Ήλιος en grec) est l'étoile centrale du système solaire. Dans la classification...), démontre que le diamètre de ces nanotubes est effectivement corrélé à la taille de l'acide aminé introduit et qu'un peptide donné forme spontanément des nanotubes d'un seul diamètre. Une gamme de 17 nanotubes allant de 10 à 36 nm de diamètre a ainsi été obtenue en fonction de l'acide aminé incorporé.

L'utilisation en nanotechnologie (Les nanosciences et nanotechnologies (NST) peuvent être définies a minima comme l'ensemble des études et des procédés de fabrication et de manipulation de...) de ces systèmes auto-assemblés biomimétiques s'appuie sur la possibilité de les utiliser comme moules. En effet, on trouve dans la nature de nombreux exemples dans lesquels des gabarits organiques sont utilisés pour contrôler la croissance de phases inorganiques (os, dent (Une dent est un organe enveloppé d'os, dur, blanchâtre, généralement composé d'une couronne libre et d'une ou plusieurs racines...), carapaces, diatomées, etc.). Ainsi, en utilisant ces nanotubes de peptides comme des moules, les chercheurs ont montré qu'il est possible de maîtriser la production de nanotubes de silice de diamètre spécifique, ce qui ouvre la voie à un large panel (Le panel est un groupe de personnes interrogées régulièrement sur leurs opinions ou leurs attitudes. Les personnes peuvent participer aux enquêtes par courrier, téléphone ou, de plus en plus souvent, via un...) d'applications en nanotechnologies, comme par exemple les fibres (Une fibre est une formation élémentaire, végétale ou animale, d'aspect filamenteux, se présentant généralement sous forme de faisceaux.) optiques ou la nano-filtration.

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Source: CEA