Création de la première cellule artificielle autonome

Dans les travaux publiés dans la revue Science, un groupe de scientifiques de La cellule artificielle est l'une des structures les plus simples jamais créées : elle se compose simplement d'une membrane lipidique, d'une enzyme et d'un pore, selon l'Institut de biotechnologie de Catalogne (IBEC) , l'Université de Barcelone, l'University College London, l'Université de Liverpool, l'Institut Biofisika et la Fondation scientifique Ikerbasque. Pourtant, elle a la capacité de s'orienter et de se déplacer grâce à des réactions chimiques, à la manière dont les spermatozoïdes repèrent les ovules ou dont les globules blancs détectent les signes d'infection.

Ce phénomène est appelé chimiotaxie, la capacité à se déplacer en fonction de concentrations chimiques, une compétence de survie importante dans le monde biologique. La particularité de cette cellule artificielle est qu'elle ne nécessite pas de structures complexes comme des flagelles ou des récepteurs.

« Nous avons recréé toute cette mobilité avec seulement trois éléments : une membrane, une enzyme et un pore nucléaire. Sans chichis. Et puis les règles cachées de la vie ont émergé », a expliqué le professeur Giuseppe Battaglia (IBEC).

Les cellules artificielles sont constituées de liposomes, des bulles de graisse imitant les membranes cellulaires réelles. Placées dans un environnement présentant un gradient de concentration de glucose ou d'urée, les enzymes présentes dans les liposomes réagissent avec ces molécules, créant une différence de concentration.

Ce déséquilibre crée un flux microscopique à la surface de la cellule, la poussant vers le côté où la concentration est la plus élevée. Les pores de la membrane agissent comme une « vanne contrôlée », créant l'asymétrie nécessaire à la poussée, à la manière dont un bateau se propulse grâce au courant de l'eau.

Lors de leurs expériences, l'équipe a examiné plus de 10 000 cellules artificielles dans des canaux microfluidiques, dans des conditions de gradient rigoureusement contrôlées. Les résultats ont montré que les cellules possédant davantage de pores nucléaires se déplaçaient plus vigoureusement dans le sens de la chimiotaxie ; les cellules dépourvues de pores ne se déplaçaient que passivement, probablement par simple diffusion.

Dans la nature, la motilité est une stratégie de survie qui aide les cellules vivantes à trouver des nutriments, à éviter les toxines et à coordonner leur croissance. La simulation précise de ce phénomène avec seulement trois composants minimaux permet aux scientifiques de mieux comprendre comment la vie a pu commencer à se déplacer au début de son évolution.

Outre sa valeur scientifique fondamentale, cette recherche ouvre également de nombreuses applications potentielles en biomédecine et dans la construction. Par exemple, des cellules artificielles peuvent être conçues pour administrer des médicaments au bon endroit dans l'organisme, détecter des modifications chimiques dans le microenvironnement ou créer des systèmes auto-organisés programmables dans le secteur de la construction.

Parce que ces composants cellulaires sont omniprésents en biologie, ils peuvent être agrandis ou adaptés pour créer des microrobots bioniques souples qui ne nécessitent pas de cadres métalliques ni de circuits électroniques.

« Observez attentivement une cellule artificielle en mouvement. Elle abrite le secret : comment la cellule murmure, comment elle transporte les éléments vitaux. Mais la biologie naturelle est trop bruyante, trop détaillée. Alors on triche un peu. Et alors tout devient fluide, beau, une pure musique chimique », a comparé le professeur Battaglia.