Microtubules artificiels oscillants

Les processus alimentés chimiquement contrôlent les oscillations de taille des fibres naturelles à l’intérieur du corps, telles que les microtubules ou les filaments d’actine. Des chercheurs de l’Université de Strasbourg ont découvert des oscillations similaires de taille dans un système complètement artificiel. Des molécules aux couleurs vives forment des fibres supramoléculaires qui peuvent être contrôlées par des réactions redox. Dans un système à flux continu, ces fibres s’étendent et se rétrécissent spontanément. Les systèmes artificiels auto-oscillants constituent un tremplin vers des matériaux semblables au vivant avec des applications en science des matériaux, en médecine et en robotique molle. Les résultats ont été publiés dans Nature Nanotechnology.

Les organismes vivants utilisent des combustibles chimiques comme le guanosine triphosphate (GTP) pour actionner les processus d’assemblage et de désassemblage des fibres dans le cytosquelette. Les microtubules, par exemple, sont formés par la tubuline liée au GTP, qui s’auto-assemble en fibres longues. Une fois que le carburant chimique est consommé, ce qui pour les microtubules est lorsque le GTP est hydrolysé en guanosine diphosphate (GDP), les fibres disparaissent. À l’intérieur de la cellule, de telles fibres peuvent présenter des oscillations spontanées de taille, qui servent à entretenir le cytosquelette et ses fonctions.

Désormais, des chercheurs de l’Université de Strasbourg (France) et d’Aston University (Royaume-Uni) ont mis au point un système complètement artificiel qui fonctionne de manière similaire aux microtubules. Ils ont développé une molécule capable de former des fibres spontanément par auto-assemblage, commençant par des petits noyaux qui grandissent rapidement. La molécule peut être désactivée en réagissant avec un réducteur chimique, ce qui entraîne les fibres à se déssassembler. Les molécules peuvent être réactivées par l’oxygène (un oxydant), ce qui fait croître à nouveau les fibres. En plus des oscillations spontanées, les chercheurs ont observé des ondes progressives de formation de fibres et des motifs complexes à l’échelle centimétrique. Ils ont constaté que l’interaction de l’auto-assemblage moléculaire et de la convection du fluide mène à ces structures en mosaïque. Dans l’ensemble, le travail ouvre de nouvelles voies pour obtenir des systèmes et des matériaux artificiels semblables au vivant, capables d’exécuter des fonctions biologiques complexes telles que la division cellulaire dans l’avenir.

Reference :

J.Leira-Iglesias, A.Tassoni, T.Adachi, M.Stich, T.M.Hermans

Oscillations, traveling fronts and patterns in a supramolecular system, Nature Nanotechnology 2018, https://dx.doi.org/10.1038/s41565-018-0270-4