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Nanobiotechnologies - Mimer le mécanisme du vivant (01/01/2002)

Les nano-ordinateurs, nanomoteurs et autres systèmes à empreinte moléculaire s'inspirent du fonctionnement biologique

Bienvenue dans le monde des nanobiotechnologies : à l'Institut Weizmann (Israël), Ehud Shapiro vient d'inventer un nano-ordinateur dont les "entrées", les "sorties" et le "logiciel" sont constitués de molécules d'ADN. Selon l'article publié dans Nature, un tel système pourrait sentir un changement biochimique anormal dans le corps et décider comment le corriger en synthétisant et libérant la molécule nécessaire !

Capteurs biométriques

Si l'ordinateur à ADN est encore une vue de l'esprit, la puce à ADN est quant à elle bien réelle. Le marché est dominé par les américains Affymetrix, Nanogen, Incyte et Hyseq. Mais la France a maintenant son mot à dire depuis la création en mai 2001, de deux start-up sur ce créneau : Apibio (à Grenoble), essaimage du CEA et Rosatech (à Lyon) issu du projet Rosa du CNRS et de l'École centrale de Lyon.

Par phénomène d'hybridation, ces puces peuvent identifier rapidement les constituants d'un échantillon biologique. Les applications : analyse génomique, diagnostic médical, contrôle qualité des produits alimentaires...

Bien d'autres nanostructures sont également possibles. Par exemple, Agnès Girard-Egrot, de l'université Claude Bernard (Lyon I), développe des nanocouches biologiques (protéo-lipidiques) structurées. L'objectif ? " Concevoir des architectures moléculaires à sites de reconnaissance spécifique, applicables à l'enzymologie et au domaine des nanobiocapteurs ", précisait-elle au récent colloque "Nanobiotechnologies". Son équipe maîtrise la technique par auto-assemblage Langmuir-Blodgett et réalise ainsi des couches bioactives fonctionnelles sur support hydrophile ou hydrophobe (verre, silicium, platine).

Le secteur des biocapteurs pourrait aussi bénéficier sous peu des techniques d'empreintes moléculaires capables, par exemple, de mimer le principe de reconnaissance spécifique anticorps-antigène (voir encadré).

Des matériaux eux mêmes biomimétiques sont en cours de développement. Les plus avancés concernent des tubulures en plastique à propriétés anticoagulantes pour cathéters ou poches à sang. L'astuce consiste à fonctionnaliser le polymère par des groupements sulfonates et carboxylates, comme en présentent les sites actifs de l'héparine (anticoagulant naturel).

Capsules de relargage de médicaments

Les nanotechnologies peuvent aussi s'appliquer au relargage de médicaments. L'intérêt est double : éviter les effets secondaires et concentrer le produit actif au plus près de la cible. En partenariat avec la société Ethypharm, Didier Roux (du Centre de recherche Paul Pascal, à Pessac), a conçu une technique de préparation de vésicules multilamellaires de taille contrôlée. " Ces nanocapsules nanométriques peuvent embarquer des molécules biologiques (ADN, protéines) ou des médicaments (hormone, anticancéreux).

Nous étudions aussi des applications vaccinales et en thérapie génique. " Enfin, des équipes françaises se penchent sur des nanomoteurs biologiques. Des chercheurs du CNRS de Gif-sur-Yvette étudient le mouvement par polymérisation d'actine, tandis qu'au CEA à Grenoble, il est question d'exploiter les propriétés motrices connues chez des protéines comme la kinésine... Michel Le Toullec.


POLYMERES A EMPREINTES MOLECULAIRES

Pour détecter et quantifier une molécule cible, les techniques de biochimie analytique utilisent le principe de reconnaissance sélective d'anticorps, de récepteurs ou d'enzymes. Or, ces biomolécules sont souvent coûteuses et nécessitent des conditions expérimentales particulières. " Il semble intéressant de les remplacer par des matériaux de synthèse stables, moins coûteux et tout aussi sélectifs ", explique Karsten Haupt, de l'université Paris 12.
Une détection sélective
" L'impression moléculaire consiste à créer une empreinte complémentaire de la molécule cible dans un polymère synthétique ", ajoute-t-il. Ces polymères en question peuvent être à base acrylique, vinylique ou uréthanne. L'empreinte moléculaire peut alors détecter sélectivement des produits pharmaceutiques, des pesticides... Actuellement, les polymères imprimés sont étudiés comme phase stationnaire en chromatographie d'affinité et dans de futurs tests immunologiques et autres biocapteurs.

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La molécule cible est mise en contact avec des monomères portant des groupements capables de la complexer. Après polymérisation, on obtient une structure portant les sites complémentaires de la cible.

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