Le doctorant Itai Katzir, sous la direction du Dr. Ayala Lampel de l’Ecole de biomédecine et de recherche sur le cancer de l’Université de Tel-Aviv, a développé une nouvelle technologie qui permettra pour la première fois au monde, de contrôler l’encapsulation des molécules et leur libération par exposition aux rayons ultra-violets. L’étude pionnière dans le domaine des biomatériaux, aura de nombreuses applications biomédicales, en particulier pour la délivrance contrôlée de médicaments « intelligents », protéines, anticorps ou autres molécules thérapeutiques, ciblées spécifiquement sur les tissus malades.
L'étude a été publiée dans la prestigieuse revue Advanced Materials.
Le stockage des molécules et leur isolement est considéré comme un défi technologique majeur dans l’industrie et le monde scientifique, car elles ont tendance à se décomposer et à réagir au contact d’autres matériaux. La nouvelle technologie, qui permet une encapsulation efficace d’un grand nombre de molécules dans une cellule de stockage unique, pourrait répondre à ce besoin.
Inspiré du virus de la rougeole
Les chercheurs expliquent que la nouvelle technologie s'inspire du mécanisme de développement infectieux du virus de la rougeole. Lorsque celui-ci contamine une cellule humaine, il forme des structures compartimentées (organites) qui contiennent toutes les réactions impliquées dans la formation de nouvelles particules virales ; aussi les appelle-t-on des usines virales. Des études récentes ont montré que ces usines virales sont en fait des structures dynamiques et de type liquide qui se forment à l'intérieur de la cellule hôte par un processus appelé séparation de phase.
En s’inspirant de la protéine virale responsable de la formation de ces « usines », les chercheurs ont conçu un peptide (une protéine courte) formant des compartiments semblables à ces usines virales, pour encapsuler des biomolécules. De plus, ils ont incorporé un autre élément spécifique à la séquence peptidique qui permet le contrôle du processus d'encapsulation et de libération des molécules lors de l’irradiation des compartiments à l'aide de rayons UV.
Des gouttelettes qui réagissent à la lumière
« Notre objectif était de concevoir un complexe de peptides et d’ARN qui permette l’encapsulation des molécules dans des gouttelettes de liquide tout en conservant leur dynamisme et leur structure spécifiques d’origine », explique le Dr. Lampel. « Le mélange de peptide et d'ARN forme des gouttes liquides qui ressemblent aux usines virales. Nous avons ensuite rendu ces gouttes réactives aux stimuli en incorporant à la séquence peptidique un groupe protecteur qui se libère lors d’une irradiation par rayons UV. Les structures peptidiques contenant des groupes protecteurs encapsulent les molécules plus efficacement que celles sans groupe protecteur. En exposant ces gouttelettes aux rayons UV pour libérer le groupe protecteur, nous pouvons contrôler la libération des biomolécules encapsulées. Nous avons ainsi créé un système qui permet une libération contrôlée de molécules dépendante d’un stimulus ».
« Une autre propriété unique de ce système est sa capacité à faire entrer une grande charge de molécules dans une seule capsule, ce qui est impossible avec les technologies actuelles », ajoute le Dr. Lampel. « Ainsi, cette technologie présente d’énormes opportunités d’applications biomédicales et biotechnologiques, en particulier l'encapsulation, le transport et la délivrance lente et contrôlée de médicaments, d'anticorps ou d'autres molécules thérapeutiques ».
Photos:
1. Le Dr. Ayala Lampel et le doctorant Itai Katzir (Crédit: Université de Tel-Aviv)
2. Illustration provenant de l'étude.
