Un moteur calcique contrôlé par la lumière ^{CEFR B2}

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.