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L’adhésion moléculaire gouvernée par des chaînes polymériques autoréglables

Les phénomènes bio-adhésifs contrôlent la prolifération et le déplacement des organismes multicellulaires. Mais ils jouent également un rôle dans le développement de transporteurs intelligents de médicaments, par exemple en leur permettant de reconnaitre les tissus à traiter. L’Institut Charles Sadron (CNRS) en collaboration avec une équipe du Laboratoire interdisciplinaire sur l'organisation nanométrique et supramoléculaire (CEA) a développé de nouvelles architectures moléculaires optimisées dans le but de mieux contrôler leur bio-adhésion. Ces avancées font l’objet d’une publication dans la revue Nature Communications.

L’adhésion entre des parois cellulaires est gouvernée par la reconnaissance moléculaire entre des paires de molécules complémentaires. Ces molécules, appelées ligands et récepteurs, forment des liaisons grâces à des interactions particulières du type « clé-serrure ». Deux surfaces opposées ne peuvent cependant pas adhérer si les ligands et les récepteurs sont trop étroitement liés aux surfaces. En effet, les clés et les serrures doivent avoir suffisamment de degrés de liberté pour se rencontrer et se positionner parfaitement les unes par rapport aux autres pour pouvoir établir une liaison. Dans les systèmes naturels et biomimétiques, cette liberté est assurée par des espaceurs formés de chaînes moléculaires flexibles qui ancrent les ligands et les récepteurs aux parois, tout en permettant le positionnement et l'orientation optimales. Le problème posé par l’optimisation d'un système bio-adhésif est donc celui du bon choix de la longueur et de la rigidité de la chaîne d’ancrage.
Les chercheurs viennent de changer ce paradigme en imaginant des ligands à espaceurs coulissants (STL en anglais, pour Sliding Tethered Ligands), une nouvelle famille de paires ligand-récepteur où les chaînes d’ancrage ont une longueur auto-réglable (Figure). Ils ont réalisé la synthèse et l'assemblage d'une construction moléculaire dite à contrainte topologique, qui combine un anneau d'ancrage (rouge) avec une chaîne polymère (jaune) portant des ligands aux extrémités (verts). L’originalité de ce système vient du fait que la chaîne polymérique aux extrémités adhésives peut coulisser dans l’anneau moléculaire ancré sur l’une des surfaces. Des mesures de force entre des surfaces fonctionnalisées avec des STL ont permis de montrer que le caractère coulissant de l’espaceur modifiait profondément la nature des forces adhésives, modulant les mécanismes de rupture du contact adhésif tout en augmentant sa portée.
En rajoutant les interactions topologiques à la trousse à outils du design bio-adhésif, ces travaux ouvrent la voie au développement de nouveaux substrats bio-adhésifs pour le transport de médicaments ou pour l’ingénierie des tissus biologiques.

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Ligands à espaceurs coulissants formés par un anneau moléculaire ancré sur la surface dans lequel coulisse une chaîne polymère aux extrémités adhésives formant un pont qui glisse dans l'anneau d'ancrage.

©Carlos Marques

Références de l’article

Martin Bauer, Patrick Kékicheff, Jean Iss, Christophe Fajolles, Thierry Charitat, Jean Daillant & Carlos M. Marques
Sliding tethered ligands add topological interactions to the toolbox of ligand–receptor design
Nature Communications 9 septembre 2015
doi:10.1038/ncomms9117

Contact chercheur

Carlos Marques, Institut Charles Sadron – Strasbourg
Courriel : marques@unistra.fr
Tél. : 03 88 41 40 45

Contacts institut

Christophe Cartier dit Moulin, Jonathan Rangapanaiken