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Créer de nouveaux polymères à partir de brins d’ADN

De nouvelles particules pourraient servir à de nombreuses applications, de l’administration de médicaments à la robotique souple

Publié: 19 December 2017

Des chercheurs de l’Université McGill ont réussi à fixer des brins d’ADN à la surface de particules polymères; une technique qui pourrait ouvrir la voie à la mise au point de nouveaux matériaux destinés à des applications telles que la biomédecine et la robotique souple, un nouveau domaine prometteur.

Dans leur étude publiée dans la revue Nature Chemistry, les chercheurs décrivent une méthode permettant de créer des particules polymères asymétriques qui se lient entre elles de manière définie dans l’espace, tout comme les atomes forment les molécules.

Bien que les polymères servent à de nombreuses applications, des vêtements et de l’emballage d’aliments à l’impression 3D et aux appareils électroniques, les structures polymères autoassemblées sont généralement de forme symétrique, telle que sphérique ou cylindrique. Cela dit, des spécialistes ont récemment axé leurs travaux sur la création de structures polymères non symétriques – par exemple, les particules Janus, qui comportent deux faces différentes –, et ils commencent à découvrir de nouvelles applications emballantes pour ces matériaux. C’est le cas notamment d’applications dans la robotique reposant sur des structures souples, capables de changer de forme en réponse à des stimuli externes.

La méthode décrite dans l’article de la revue Nature Chemistry « ajoute un degré d’organisation programmable qu’il est actuellement difficile d’obtenir en chimie des polymères », précise Hanadi Sleiman, professeure au Département de chimie de l’Université McGill et auteure principale de l’étude. « La reproduction chimique de l’information contenue dans les nanostructures d’ADN offre une solution efficace au problème de taille, de forme et de commande directionnelle des matériaux polymères. »

Utiliser des « cages » d’ADN pour mouler le matériau

Cette nouvelle étude s’appuie sur une technique mise au point en 2013 par l’équipe de recherche de la professeure Sleiman dans le but de fabriquer, à l’échelle nanométrique, des « cages » à partir de brins d’ADN, puis de remplir ces dernières de chaînes polymères de type lipidique qui se replient les unes sur les autres pour former une particule sphérique capable de contenir une charge, telle que des molécules médicamenteuses.

Afin de repousser encore les limites de la nanotechnologie, la professeure Sleiman et son doctorant Tuan Trinh ont décidé de faire équipe avec des confrères de l’Université du Vermont et de l’Université Texas A&M au Qatar. Ensemble, les chercheurs ont conçu une méthode permettant de fixer sur une sphère de polymères des brins d’ADN disposés selon une orientation prédéterminée. Les « cages » peuvent ensuite être désassemblées pour ne laisser que les particules polymères imprégnées d’ADN capables de s’autoassembler – à l’instar de l’ADN lui-même – selon des modèles prédéterminés. Étant donné l’utilisation de ces cages d’ADN pour mouler les particules polymères, la taille de ces dernières et le nombre d’unités moléculaires qu’elles renferment peuvent être réglés avec précision, ajoute la professeure Sleiman, titulaire de la Chaire de recherche du Canada en nanoscience de l’ADN.

Les chercheurs prévoient que les structures polymères asymétriques pourraient éventuellement servir à de nombreuses applications. Par exemple, on pourrait mettre au point des particules polymères à compartiments, dont chacun encapsulerait un médicament différent pouvant être libéré en réponse à certains stimuli et à des moments distincts. On pourrait également concevoir des membranes poreuses asymétriques capables de séparer les molécules en les dirigeant le long de voies différentes.

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Cette étude a été financée par le Conseil de recherches en sciences naturelles et en génie du Canada, les Instituts de recherche en santé du Canada, le Centre de recherche sur les matériaux autoassemblés, la Fondation du Qatar pour la recherche et le Programme des chaires de recherche du Canada.

L’article « DNA-imprinted polymer nanoparticles with monodispersity and prescribed DNA-strand patterns », par Tuan Trinh et coll., a été publié en ligne dans la revue Nature Chemistry le 4 décembre 2017.