Dans le domaine encore très expérimental des cellules et organites artificiels, une nouvelle étape vient d’être franchie : la mise au point d’un « respirateur » à base de nanotubes de carbone, lequel pourrait également servir de « prothèse » aux cellules biologiques ou encore de filtre hyper-sélectif pour la technologie du filtrage par membranes.

Concrètement, une équipe internationale menée par des chercheurs du Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) aux États-Unis a réussi à implanter de manière très simple des nanotubes au travers de la paroi d’une membrane cellulaire (artificielle et naturelle), lesquels permettent dès lors de faire passer des molécules d’eau, des brins d’ADN, des protons et des ions de l’extérieur vers l’intérieur d’une cellule (et vice-versa). Cette nouvelle technique, décrite dans un article de la revue Nature, mime l’un des processus essentiel de la vie des cellules : les échanges trans-membranaires.

DES NANOTUBES QUI S’INSÈRENT NATURELLEMENT DANS LA MEMBRANE D’UNE CELLULE

La manip est relativement facile à décrire : il a suffi aux chercheurs d’induire des nanotubes de carbone courts – ces structures creuses connues et synthétisées depuis quasiment deux décennies – d’une couche de lipides (molécules constituant la matière grasse). En dissolvant ces nanotubes enduits dans une solution contenant des cellules ou des membranes cellulaires, les chercheurs ont constaté que ceux-ci venaient naturellement s’insérer au travers de la membrane sans pour autant la détruire. Cette manip est issue de recherches théoriques et de simulations basées sur les modèles de fonctionnement des cellules biologiques et des membranes.

Les chercheurs ont ainsi créé un canal à ions et molécules tel qu’on en rencontre dans les membranes biologiques, et qui permettent aux cellules d’une part d’échanger des informations et des substances avec leur environnement, d’autre part de maintenir leur milieu intérieur dans un état chimique et physique différent de celui de l’environnement.

Bien entendu, ces canaux artificiels sont loin de remplir toutes les tâches de leurs homologues biologiques (constitués de protéines), qui sont connus pour leurs capacités à filtrer quantité de substances, de manière hyper-sélective. De fait, le transport transmembranaire biologique est extrêmement sophistiqué : les cellules possèdent plusieurs types de canaux spécialisés, dont certains peuvent s’ouvrir et se fermer selon le type de molécule en présence, voire d’en forcer certaines à franchir la membrane malgré la présence de forces chimiques contraires (voir illustration).

Mais l’exploit des chercheurs est une première qui promet déjà de belles applications, notamment dans la mise au point industrielle de filtres à membranes pour la dépollution ou pour la dessalinisation de l’eau de mer – un processus pour l’heure extrêmement coûteux. Surtout, cette nouvelle technologie fait avancer d’un grand pas le domaine du biomimétisme avec à la clé, mais dans un avenir plus lointain, la possibilité d’intervenir directement sur les systèmes biologiques en créant des nano-prothèses pour cellules et organes défaillants, comme les reins et les poumons…

Román Ikonicoff – Science & Vie