Les pompes à nanobot détruisent les agents neurotoxiques

Anonim

Une fois sur le territoire de la science-fiction, les «nanobots» sont plus proches que jamais de la réalité, avec des applications possibles en médecine, en fabrication, en robotique et en fluidique. Aujourd'hui, les scientifiques font état de progrès dans la mise au point de minuscules machines: ils ont fabriqué des pompes à nanobot qui détruisent les agents neurotoxiques tout en administrant un antidote.

Les chercheurs présenteront leurs résultats aujourd'hui lors de la 256ème réunion nationale et exposition de l'American Chemical Society (ACS).

Selon Ayusman Sen, Ph.D., chercheur principal du projet, cette étude est née de recherches plus générales visant à produire des nanobots à partir d’enzymes. "Nous avons cherché à convertir l'énergie chimique en mouvement", explique-t-il. "Nous prenons l'énergie générée par les réactions catalytiques pour provoquer le mouvement des enzymes."

Pour fabriquer ses nanobots, Sen et son groupe de l’Université de Pennsylvanie ont utilisé des enzymes présentes dans la nature. Ce sont des protéines qui facilitent des réactions chimiques spécifiques, convertissant un réactif (matière première) en un produit.

La découverte que les enzymes peuvent bouger lors de la catalyse d'une réaction est une découverte relativement nouvelle. Auparavant, les scientifiques pensaient que ces protéines dérivaient dans le cytoplasme de la cellule par diffusion passive, rencontrant leurs réactifs et autres enzymes par des interactions plus ou moins aléatoires. Cependant, Sen et d'autres ont récemment montré que lorsque les enzymes catalysent une réaction, elles bougent. Les chercheurs ne savent toujours pas comment ce mouvement se produit, mais cela implique probablement un changement de la forme de l'enzyme lors de la catalyse. Le groupe de Sen a montré que ces protéines peuvent même nager vers des niveaux plus élevés de réactifs. Ces caractéristiques font des enzymes un matériau attractif pour développer des nanobots.

"Si nous prenons des enzymes et les ancrons à une surface pour qu'elles ne puissent pas bouger, et nous leur donnons leur réactif, elles finissent par pomper le fluide qui les entoure", explique Sen. "Ils agissent donc comme des pompes à fluide miniatures qui peuvent être utilisées pour diverses applications." Il note que les nanobots pompent le liquide à raison de plusieurs microlitres - ou millionièmes de litre - par seconde.

Sen et ses collègues ont fabriqué des nanobots pour neutraliser les organophosphates, une classe d'agents neurotoxiques. L'exposition à ces produits chimiques lors de combats militaires ou d'attaques terroristes peut causer des dommages neurologiques permanents et, dans certains cas, la mort. Une enzyme, appelée anhydrolase acide organophosphorée, peut détruire ces agents neurotoxiques. Les chercheurs ont immobilisé cette enzyme sur un gel contenant également un antidote. L'exposition aux organophosphates active l'enzyme. "L'enzyme pompe activement le composé organophosphoré et le détruit, tout en injectant un antidote", explique Sen. Ce qui est important, le système ne nécessite aucune source d'alimentation externe car l'enzyme est alimentée par le réactif organophosphoré.

Les pompes à nanotubes pourraient un jour être incorporées dans des vêtements de protection pour les militaires ou les premiers intervenants, explique Sen. Il étudie également des applications pour les nanobots à base d'autres enzymes, par exemple un dispositif de pompage de l'insuline pour traiter le diabète et un système d'administration de médicaments à base d'enzymes. La Pennsylvania State University a déposé une demande de brevet sur la nouvelle technologie prometteuse. "Si vous voulez fabriquer des pompes qui pomperont de très petites quantités de liquide de manière très précise, c'est une façon de le faire", explique Sen.

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