Les micro-nageurs artificiels ralentissent et s’accumulent dans les régions à faible consommation de carburant – Technoguide

Un chercheur de Mason Engineering a découvert que les micro-nageurs artificiels s’accumulent là où leur vitesse est minimisée, une idée qui pourrait avoir des implications pour améliorer l’efficacité de la thérapie ciblée contre le cancer.

Jeff Moran, professeur adjoint de génie mécanique à la Volgenau School of Engineering, et ses collègues de l’Université de Washington à Seattle ont étudié les tiges automotrices semi-platine / demi-or qui «nagent» dans l’eau en utilisant le peroxyde d’hydrogène comme carburant. Plus il y a de peroxyde, plus la nage est rapide; sans peroxyde dans l’eau pure, les cannes ne nagent pas.

Dans ce travail, ils ont cherché à comprendre ce qui se passe lorsque ces micro-nageurs artificiels sont placés dans un réservoir de fluide contenant un gradient de peroxyde d’hydrogène – beaucoup de peroxyde d’un côté, pas beaucoup de l’autre.

Ils ont constaté que, comme on pouvait s’y attendre, les micro-nageurs nageaient plus rapidement dans les régions à forte concentration de peroxyde, dit Moran, dont les recherches ont été publiées dans le nouveau numéro de Scientific Reports.

Comme d’autres l’avaient observé, la direction de la nage variait aléatoirement dans le temps pendant que les nageurs exploraient leur environnement. En revanche, dans les régions à faible concentration, les bâtonnets ralentissent et s’accumulent dans ces régions en quelques minutes.

Les résultats suggèrent une stratégie simple pour que les micro-nageurs s’accumulent passivement dans des régions spécifiques, une idée qui pourrait avoir des applications utiles et pratiques, dit-il.

Nager à l’échelle microscopique est un phénomène omniprésent en biologie, dit Moran. «De nombreuses cellules et micro-organismes, tels que les bactéries, peuvent nager de manière autonome vers des concentrations plus élevées ou plus faibles de produits chimiques qui bénéficient ou nuisent à la cellule, respectivement.

Ce comportement est appelé chimiotaxie, et c’est à la fois courant et important, dit-il. “Par exemple, vos cellules immunitaires utilisent la chimiotaxie pour détecter et nager vers les sites de blessure, afin qu’elles puissent initier la réparation des tissus.”

Moran et ses collègues, comme d’autres dans le domaine, se demandent depuis longtemps si les micro-nageurs artificiels peuvent imiter les cellules en effectuant une chimiotaxie, nageant continuellement vers des concentrations chimiques plus élevées. Certains avaient affirmé que les tiges de platine / or, en particulier, pouvaient nager de manière autonome vers des régions riches en peroxyde.

«Nous étions sceptiques quant à ces affirmations car les bâtonnets ne sont pas vivants, et par conséquent ils n’ont pas les capacités de détection et de réponse nécessaires pour que les cellules exécutent ce comportement», dit-il.

«Au lieu de cela, nous avons trouvé le contraire: les bâtonnets se sont accumulés dans les régions de concentration inférieure. C’est le contraire de ce à quoi on pourrait s’attendre de la chimiotaxie», dit Moran.

Les chercheurs ont effectué des simulations informatiques qui ont prédit cela et les ont validées avec des expériences, dit-il.

«Nous proposons une explication simple à ce comportement: où qu’ils soient, les tiges se déplacent dans des directions aléatoires, explorant leur environnement. Lorsqu’elles arrivent dans une région à faible consommation de carburant, elles ne peuvent pas explorer aussi vigoureusement. Dans un sens, elles obtiennent piégés dans leurs zones de confort », dit Moran.

«À l’inverse, dans les régions à forte teneur en peroxyde, ils se déplacent à des vitesses plus élevées et, parce que leur direction change constamment, s’échappent plus souvent de ces régions. Avec le temps, le résultat net est que les bâtonnets s’accumulent dans les régions à faible concentration», dit-il. . “Ils n’ont aucune intelligence. Ils finissent là où leur mobilité est la plus faible.”

Moran dit que cette recherche est prometteuse d’un point de vue technique car elle suggère une nouvelle stratégie pour faire accumuler des produits chimiques dans une zone très acide.

«En raison de leurs processus métaboliques anormaux, les cellules cancéreuses provoquent l’acidité de leur environnement immédiat. Ce sont les cellules qui ont le plus besoin de médicaments, car l’environnement acide est connu pour favoriser les métastases et conférer une résistance aux médicaments. Ainsi, les cellules de ces régions sont une cible majeure de nombreuses thérapies contre le cancer. “

Moran et ses collègues conçoivent maintenant des micro-nageurs qui se déplacent lentement dans les régions acides et rapidement dans les régions neutres ou basiques. Grâce au mécanisme qu’ils ont découvert ici, ils émettent l’hypothèse que les nageurs acido-dépendants vont s’accumuler et libérer leur cargaison de préférence là où leurs vitesses sont minimisées, à savoir les régions les plus acides et hypoxiques de la tumeur, où résident les cellules les plus problématiques.

Il y a beaucoup plus de recherches à mener, mais “ces bâtonnets peuvent avoir la capacité de délivrer des médicaments de chimiothérapie aux cellules cancéreuses qui en ont le plus besoin”, dit Moran.

«Pour être clair, notre étude ne prouve pas que la chimiotaxie est impossible chez les micro-nageurs artificiels, point final; juste que ces micro-nageurs en particulier ne subissent pas de chimiotaxie.

«Au lieu de cela, nous avons identifié une méthode élégamment simple pour amener les micro-nageurs non guidés à s’accumuler et à administrer des médicaments aux cellules cancéreuses les plus problématiques, ce qui pourrait avoir des implications pour le traitement de nombreux cancers, ainsi que pour d’autres maladies comme la fibrose. pour voir où cela va. “

.

Lire plus

A propos Technoguide

Voir aussi

La nouvelle visualisation de la NASA sonde la danse de la flexion de la lumière des trous noirs binaires – Technoguide

Une paire de trous noirs en orbite des millions de fois la masse du Soleil …

Laisser un commentaire

Votre adresse e-mail ne sera pas publiée. Les champs obligatoires sont indiqués avec *

Défiler vers le haut