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Inspirée de la nature, l’autoorganisation des polymères est une approche efficace pour concevoir des nanomatériaux. Une équipe bordelaise s’y intéresse pour fabriquer des nanovecteurs, afin de transporter un médicament à des endroits précis du corps.

À l’échelle des molécules, le monde du vivant parvient à s’autoorganiser pour créer des structures complexes, comme les protéines. Ce phénomène intéresse de nombreuses équipes de recherche, en quête de procédés chimiques plus verts et plus efficaces.
Colin Bonduelle est directeur de recherche au Laboratoire de chimie des polymères organiques1(LCPO), où il développe des polymères à l’interface avec la biologie. Il s’inspire en effet des polymères naturels qui forment le vivant, et en particulier des protéines. « Les polymères que l’on utilise sont des mimes parfaits de ces protéines, car ils sont constitués des mêmes briques élémentaires, les acides aminés », explique le chercheur.
 

Éviter les solvants toxiques

Les procédés habituels consistent à d’abord synthétiser les polymères dans des solvants organiques, généralement toxiques, puis à purifier le polymère et le mettre en forme par autoassemblage. « Avec mon équipe, nous développons de nouvelles façons de préparer les polymères sans solvants organiques, et donc directement dans de l’eau, poursuit Colin Bonduelle. Pour cela, nous nous servons de la propriété d’auto-assemblage pour obtenir en même temps un polymère, appelé polypeptide, et un nanomatériau durant la même étape de synthèse. »
Le nanomatériau ainsi fabriqué peut ensuite fonctionner comme un nanovecteur pour des approches thérapeutiques ou de diagnostic. Il s’agit d’un système capable d’encapsuler une molécule pour la délivrer à un moment et un endroit précis du corps humain. La molécule n’a alors pas d’effet tant qu’elle est prisonnière du vecteur, qui doit de son côté être capable de reconnaître où la relâcher. L’exemple le plus courant est de cibler une tumeur pour un traitement plus efficace et avec moins d’effets secondaires négatifs, puisque les tissus sains sont épargnés.

Microscopies TEM (A) et AFM (B) des nanoparticules allongées obtenues par polymérisation aqueuse de monomères dérivés d’acides aminés (N-carboxyanhydrides). La réaction de polymérisation contrôlée (ROPISA) est illustrée à gauche, au début (t₀) et à la fin (t_f) du processus, permettant la synthèse de polypeptides. © Grazon et al., Angew. Chem. Int. Ed. 2019

« Pour des gels et des formulations pharmaceutiques »

« Les nanovecteurs se situent à l’interface du monde des matériaux et de la biologie, avance Colin Bonduelle. Les nanomatériaux à base d’acides aminés sont notre spécialité au LCPO, nous voulons en concevoir pour qu’ils soient biodégradables et avec des activités thérapeutiques ou de diagnostic. Nous nous en servons dans des gels ou des formulations pharmaceutiques. Un brevet a d’ailleurs été déposé et deux autres sont en cours de dépôt et de licence sur la technologie développée sans solvant. »
L’équipe de Colin Bonduelle a dû pour cela surmonter un certain nombre de difficultés. Les monomères utilisés sont en effet très réactifs et ils ont tendance à réagir avec l’eau, qui sert de solvant, plutôt que de se polymériser. Les chercheurs ont contourné ce problème en rendant l’auto-assemblage et la polymérisation si rapide que rares sont les monomères à avoir le temps de s’hydrolyser, c’est-à-dire de réagir avec l’eau. L’équipe y parvient grâce à la formation d’un copolymère amphiphile, qui présente à la fois une fonction hydrophile et hydrophobe, comme on le retrouve souvent dans le monde du vivant. C’est ce principe qui, par exemple, permet l’existence d’organelles sans membrane dans les cellules.

 Microscopie TEM de différentes nanoparticules qui ont été obtenues en changeant la nature de l’acide aminé. © Colin Bonduelle

Des travaux en cours de valorisation

« Nos résultats sont très encourageants et nous continuons de travailler sur ce projet, affirme Colin Bonduelle. En plus des personnes déjà impliquées dans le projet initial, nous avons maintenant trois thèses en lien avec le sujet, qui prend ainsi de l’ampleur. Nous avons des interactions avec une équipe au Japon pour des essais in vivo très prometteurs, où nos nanomatériaux serviraient pour de l’imagerie. Notre curiosité nous pousse ainsi au-delà des applications initiales que nous avions en tête. »
Ces travaux sont en cours de valorisation en relation avec la Société d’accélération du transfert de technologie (SATT) Aquitaine science transfert (AST), tandis que l’équipe cherche également un partenaire industriel pour aller plus loin vers les applications. Des projets qu’on leur souhaite se mettre en place aussi efficacement que leurs polymères.