Survie de systèmes réactifs pour gouverner l'évolution dirigée vers une propriété – SACERDOTAL

Pour doter les molécules et les matériaux de propriétés, les chimistes peuvent s'appuyer sur des relations structure-propriété établies, ce qui est pertinent aux niveaux moléculaire et supramoléculaire où il existe beaucoup d'informations pour la synthèse et la prévision des propriétés physico-chimiques, mais demeure délicat pour concevoir des fonctions complexes intégrant de multiples interactions et réactions. Une stratégie propriété-structure inverse peut alors être adoptée en criblant des banques de constituants en interaction/réaction pour des propriétés cibles. Cependant, le criblage est long, limitant la taille des banques et donc la diversité du système. Les biologistes ignorent cette limite. Ils conditionnent la survie de cellules vivantes à la propriété qu'ils veulent obtenir. Cette stratégie puissante est actuellement sans précédent dans un système abiotique, ce qui a motivé le projet SACERDOTAL. Le but est d’introduire et valider un protocole de sélection/survie dans un système chimique monomères/polymères pour l'évolution dirigée vers une propriété.
Notre protocole applique un gradient de température sur des monomères engagés dans des réactions réversibles de ligature/hydrolyse. Cet état de hors-équilibre force continuellement le système à explorer au hasard longueurs et séquences possibles des polymères. Parmi les polymères formés, la sélection et la survie d'une sous-population est conditionnée à la réalisation de la propriété recherchée par application de contraintes expérimentales. Nous avons adopté acides aminés et peptides comme monomères et polymères, ces derniers sont très utilisés pour produire des nanoparticules hydrosolubles pour des applications biomédicales. Nous proposons donc de sélectionner et de produire des nanoparticules conjuguées à des peptides au moyen d'un test de survie qui sélectionne les composés se liant aux surfaces de nanoparticules et générant des conjugués luminescents. Cet objectif est important pour l'imagerie puisque ces nanoparticules souffrent encore d'inconvénients (toxicité, manque de brillance et/ou stabilité colloïdale), qui pourraient être surmontés avec des coques de protection optimisées du coeur inorganique.
Ce projet intégratif et pluridisciplinaire comprend des développements chimiques originaux (banques combinatoires dynamiques d'acides aminés, protocoles de synthèses de nanoparticules), des simulations théoriques et numériques de polymérisation hors-équilibre (des modèles de réaction-diffusion aux modèles stochastiques métadynamiques), la conception et la réalisation de dispositifs instrumentaux (microsystèmes, chauffage optique et imagerie de fluorescence) et des analyses de nanoparticules et de leurs peptides conjugués par des techniques reconnues ou innovantes.
Au-delà de la production de nanoparticules fonctionnalisées, la validation de notre protocole de sélection/survie sera également significative dans une perspective méthodologique et elle sera ainsi brevetée pour le transfert de technologie et le développement économique. Ce protocole aborde des aspects théoriques, instrumentaux, analytiques, qui devraient être communs à tous les travaux dans ce domaine émergent. Il exploite des critères discriminants (coefficients de diffusion et constantes de vitesse des réactions), dépassant les critères thermodynamiques utilisés dans les protocoles de criblage actuels. Il est compatible avec de nombreuses chimies et il possède une diversité moléculaire supérieure à celle actuellement accessible aux micro-organismes et qui est libre de toute contrainte physiologique ou de toxicité. Dans ce projet, il exploite des peptides dont le potentiel d'interactions et de catalyses fournit une plate-forme attractive pour sélectionner de nombreuses propriétés de systèmes chimiques Darwiniens (auto-assemblage, dynamique hors équilibre, découverte de catalyseurs).