Les ingénieurs du laboratoire d'ingénierie bioinspirée de Saad Bhamla, avec des collaborateurs de Georgia Tech et d'autres institutions, ont adapté la stratégie mécanique de certains ciliés pour concevoir un « moteur » calcique contrôlable par la lumière. Ils ont produit et purifié la protéine Tcb2 (Tetrahymena thermophila 2), qui forme in vitro un réseau fibreux capable de se contracter lorsqu'il est exposé au calcium. Plutôt que d'utiliser des moteurs entraînés par l'ATP, la contraction est déclenchée par une impulsion de calcium ; l'ATP sert ensuite, dans les ciliés, à remonter le calcium dans des réserves pour préparer un nouveau cycle.
Pour piloter la libération du calcium, l'équipe a employé un chélateur sensible à la lumière — une molécule « cage » qui retient le calcium jusqu'à son illumination. En projetant des motifs lumineux (étoiles, cercles) et en appliquant des impulsions, ils ont provoqué des cycles d'assemblage et de contraction. Avec une illumination pulsée, le réseau peut se contracter de façon répétée sur environ 150 cycles et atteint des vitesses de contraction d'environ 0,4 micromètre par seconde. Le système a aussi déplacé des particules microscopiques, une avancée vers des systèmes de délivrance imitant la cellule.
Les chercheurs ont développé un modèle informatique pour comprendre l'extension de Tcb2 sous différentes entrées. Carlos Floyd et ses collègues ont utilisé simulations et apprentissage par renforcement pour concevoir des motifs lumineux qui contrôlent le réseau afin de pousser ou tirer selon l'objectif. Saad Bhamla note que le dispositif calcique, qui recharge les réserves puis libère le calcium à la demande, ressemble davantage à une Prius qu'à un moteur à essence pur. L'étude a été financée en partie par la National Science Foundation, et les opinions exprimées sont celles des auteurs.
Mots difficiles
- cilié — animal microscopique muni de cilsciliés
- chélateur — molécule qui fixe et retient des ions
- réseau fibreux — ensemble de fibres connectées en réseau
- contracter — devenir plus court en se serrantse contracter
- illumination pulsée — éclairage intermittent par courtes impulsions lumineuses
- apprentissage par renforcement — méthode d'apprentissage où l'agent apprend par essais
- délivrance — action d'apporter ou de distribuer quelque chose
Astuce : survolez, mettez le focus ou touchez les mots en surbrillance dans l’article pour voir des définitions rapides pendant que vous lisez ou écoutez.
Questions de discussion
- Quels usages pratiques imaginez-vous pour un réseau protéique contrôlé par la lumière, par exemple en médecine ou en microrobotique ?
- Quels risques ou défis voyez-vous pour utiliser des chélateurs sensibles à la lumière dans des systèmes biologiques ou médicaux ?
- La comparaison du dispositif avec une Prius souligne la recharge et la libération contrôlée du calcium : trouvez-vous cette métaphore utile pour expliquer le système et pourquoi ?
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