Cellules artificielles auto-propulsées – PopART

Reproduire ou mimer des propriétés du vivant dans des cellules artificielles est un des défis actuels les plus innovants en biologie de synthèse. Au même titre qu’imiter le métabolisme, la croissance, la détection, etc, reproduire la fonction de motilité et la nage est majeur pour comprendre le comportement individuel et collectif des organismes biologiques complexes, et offre un fort potentiel pour développer des thérapies avancées. L'un des mécanismes les plus efficaces d'auto-propulsion est basé sur des nageurs auto-phorétiques qui se propulsent en générant un gradient local de concentration, de température, etc…, grâce à des propriétés de surface asymétrique (particules Janus). Ces gradients induisent des flux de surface qui conduisent à un mouvement dirigé. Dans le projet PopART, nous souhaitons développer une nouvelle génération de particules autopropulsées, basées sur des systèmes entièrement biocompatibles constitués de vésicules de polymères (polymersomes), alimentées chimiquement par la décomposition enzymatique du glucose ou grâce à la lumière par auto-thermophorèse. Une fonctionnalisation asymétrique avec des bactériophages filamenteux améliorera leur efficacité de nage directionnelle. Les particules Janus seront obtenues par différents procédés, incluant la double émulsion et nanoprécipitation assistée par microfluidique, l’hydratation de films par électroformation et calibration sur filtres. L’approche proposée dans le projet PopART implique un mélange de copolymères diblocs amphiphiles fonctionnalisés capables de se ségréger au sein de la bicouche, nécessitant une compréhension approfondie des phénomènes thermodynamiques, le tout associé à des modifications (bio)chimiques de surface avec des enzymes et phages, par l’intermédaire de nanoparticles d’or. L'organisation spatio-temporelle de ces protocellules sera étudiée au niveau de la particule unique afin de caractériser leur comportement de nage et de comprendre les effets individuels et collectifs dans des fluides simples et complexes. Tout en abordant des problématiques fondamentales, l'objectif du projet PopART est d'établir une preuve de concept pour la conception de protocellules artificielles autopropulsées capables de démontrer une motilité efficace, permettant sur le long terme de résoudre certaines problématiques de vectorisation de médicaments.