Mettre en pause la symétrie cristalline de la nature pour faire progresser l'administration ciblée de médicaments

En ajoutant plus de "poils" polymères aux polymères des goupillons (à gauche), les chercheurs ont découvert un moyen d'initier et de suspendre l'auto-assemblage des cristaux à partir de la solution. Les cristaux pourraient un jour être utilisés pour encapsuler des médicaments pour des thérapies médicamenteuses ciblées.

Des flocons de neige au quartz, les structures cristallines de la nature se forment avec une symétrie systémique fiable. Des chercheurs de l'Université Drexel, qui étudient la formation de matériaux cristallins, ont montré qu'il est désormais possible de contrôler la croissance des cristaux, notamment en interrompant la croissance symétrique des cristaux plats et en les incitant à former des sphères de cristal creuses. La découverte fait partie d'un effort de conception plus large axé sur l'encapsulation de médicaments pour des traitements médicamenteux ciblés.

Le nouveau développement, récemment rapporté dans la revue scientifique Nature Communications, a été mené parChristophe Li, PhD , professeur au Drexel's College of Engineering dont les recherches au Département de science et d'ingénierie des matériaux se sont concentrées sur l'ingénierie des structures polymères pour des applications spéciales, en collaboration avec Bin Zhao, PhD, professeur au Département de chimie de l'Université du Tennessee à Knoxville. Leur travail montre comment ces structures, comme les sphères de cristal polymère, peuvent être formées simplement en mélangeant des produits chimiques dans une solution - plutôt qu'en manipulant physiquement leur croissance.

"La plupart des cristaux se développent selon un schéma régulier, si vous pensez aux flocons de neige, il existe une symétrie translationnelle qui guide la cellule unitaire se répétant tout au long du flocon cristallin. Ce que nous avons découvert est un moyen de manipuler chimiquement la structure macromoléculaire afin que cette symétrie translationnelle est cassé lorsque la molécule cristallise », a déclaré Li. "Cela signifie que nous pouvons contrôler la forme globale du cristal au fur et à mesure de sa formation - ce qui est un développement très excitant, à la fois pour sa signification scientifique et les implications qu'il pourrait avoir pour la production de masse de thérapies ciblées."

La technique utilisée par Li pour contraindre ce qui serait normalement un cristal en forme de flocon à se dessiner dans une sphère s'appuie sur ses travaux antérieurs avec des polymères qui ressemblent à des brosses et des cristaux de polymère formés à partir de gouttelettes d'émulsion. L'incorporation de ces polymères pliables « brosse à bouteille » comme système structurel du cristal permet à Li de façonner sa croissance en ajustant les « poils » de la brosse.

"Un polymère de brosse à bouteille a des poils de doublure entourant une colonne vertébrale, ce que nous avons découvert, c'est que nous pouvons faire plier cette colonne vertébrale lors de la cristallisation en emballant des poils sur un côté de celle-ci", a déclaré Li. "Cela définit le motif qui se répète à mesure que le cristal grandit - ainsi, au lieu de s'aplatir, il se courbe en trois dimensions pour former une sphère."

Cela signifie que la quantité de polymères de poils dans la solution déterminera à quel point le dos du goupillon se plie et donc la forme et la taille de la boule de cristal.

L'équipe de Li explique également comment interrompre la formation du cristal, laissant des trous dans la sphère qui pourraient être utiles pour insérer une charge utile médicinale pendant le processus de fabrication. Une fois rempli, il peut être fermé avec des polymères adaptés pour aider à le diriger vers sa cible dans le corps.

"Nous travaillons à cette réalisation depuis un certain temps", a déclaré Li. "Cette cristallographie sphérique se manifeste dans des structures robustes que nous voyons dans la nature, des coquilles d'œufs aux capsides virales, nous pensons donc que c'est la forme idéale pour survivre aux rigueurs de l'administration de médicaments dans le corps. Pouvoir contrôler les propriétés du cristal comme il forme est une étape importante vers la réalisation de cette application."

Lisez l'article complet ici : https://www.nature.com/articles/s41467-020-15477-5

Cette recherche a été financée par la National Science Foundation.

En plus de Li et Zhao, Hao Qi, PhD; Xiting Liu de Drexel et Daniel M. Henn, PhD, de l'Université du Tennessee, sont co-premiers auteurs de ce travail. Shan Mei, PhD; et Mark C. Staub, de Drexel, ont également participé à cette recherche.

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