Une étude révèle la composition longtemps débattue des molécules qui aident à organiser vos cellules

Depuis des années, nous savons qu’un type spécial d’assemblage moléculaire connu sous le nom de “complexe polyélectrolyte” aide vos cellules à rester organisées. Ces complexes sont très bons pour former des interfaces pour maintenir deux liquides séparés : vos cellules les utilisent pour créer des compartiments. Ces capacités ont conduit les scientifiques à les envisager pour des applications technologiques, notamment la filtration de l’eau, de meilleures batteries et même de la colle sous-marine, ainsi que pour de meilleurs médicaments pharmaceutiques.

Mais pendant des décennies, personne ne savait exactement à quoi ressemblaient les régions à l’intérieur d’un complexe de polyélectrolytes. Il existe des chaînes chargées positivement et négativement, mais comment s’alignent-elles ? Étaient-ils disposés en lignes alternées nettes, ou plutôt comme ce qu’un scientifique russe a appelé des « œufs brouillés » ?

Une nouvelle étude de la Pritzker School of Molecular Engineering de l’Université de Chicago a exposé pour la première fois la structure interne des complexes de polyélectrolytes. Les résultats sont publiés dans la revue Actes de l’Académie nationale des sciences.

“Connaître la structure moléculaire signifie que vous pouvez les synthétiser et les préparer plus précisément, ce qui crée des opportunités d’applications”, a déclaré le co-auteur de l’étude, Juan de Pablo, professeur de génie moléculaire de la famille Liew et chercheur principal au Laboratoire national d’Argonne.

Simulations et diffusion

Une équipe de scientifiques dirigée par de Pablo et Matt Tirrell, doyen de la Pritzker School of Molecular Engineering et également chercheur principal à Argonne, a entrepris une exploration de plusieurs années pour cerner le mystère.

Tout d’abord, les chercheurs postdoctoraux Artem Rumyantsev (maintenant à la faculté de l’Université d’État de Caroline du Nord) et Heyi Liang ont développé des modèles moléculaires et effectué des milliers de simulations, ainsi que des calculs théoriques basés sur la mécanique statistique, pour comprendre la manière la plus probable dont ces molécules s’assembleraient. .

Ensuite, un groupe dirigé par l’étudiant diplômé Yan Fang et la chercheuse postdoctorale Angelika Neitzel (maintenant à l’Université de Floride) ont travaillé pour créer des versions précises de ces molécules en laboratoire et utiliser une technique avancée pour déterminer leur structure.

L’une des rares façons de voir les détails fins de ces molécules est d’utiliser une technique appelée diffusion de neutrons. Cela se fait en envoyant des faisceaux de neutrons – les particules neutres qui composent les noyaux atomiques – aux molécules, puis en reconstruisant leurs modèles à partir de la façon dont les neutrons se dispersent. Mais normalement, les chaînes chargées positivement et négativement se ressemblent lorsque vous faites cela.

Pour les distinguer, les chercheurs ont utilisé une astuce astucieuse. Les deux chaînes contiennent des atomes d’hydrogène. Mais l’équipe a remplacé les atomes d’hydrogène dans les chaînes chargées positivement par une version très légèrement différente de l’hydrogène, connue sous le nom de deutérium, qui apparaît différemment lorsque les neutrons se dispersent.

En utilisant cette approche, ils ont pu voir que les chaînes avaient des motifs répétitifs distincts à petite échelle, bien qu’ils n’aient pas été rigoureusement ordonnés sur de longues distances.

Une combinaison puissante

Les scientifiques ont expliqué qu’une fois que vous connaissez la structure moléculaire de ces molécules, vous pouvez penser à les utiliser pour d’autres applications. En plus d’être importantes pour comprendre le fonctionnement de notre corps et de notre biologie, les capacités uniques des complexes de polyélectrolytes les rendent très attrayants pour les scientifiques et les ingénieurs.

“Ces gouttelettes contiennent encore beaucoup d’eau, ce qui réduit leur tension interfaciale. Elles ont donc tendance à encapsuler des objets ou à se répandre sur des surfaces et à adhérer, deux comportements très utiles”, a expliqué Tirrell. “Vous pouvez l’utiliser pour administrer des médicaments dans le corps ou pour des choses comme la conception d’un adhésif sous-marin.”

Tirrell a ajouté que l’étude est un modèle sur la façon dont les groupes scientifiques théoriques et expérimentaux peuvent travailler ensemble : “C’est une combinaison très puissante de ces deux approches. Cela ne serait pas arrivé avec l’un ou l’autre des groupes travaillant isolément.”