Assemblage hiérarchique dynamique de matériaux adaptatifs souples et réactifs provenant de capsides virales

«Les polymères supramoléculaires stabilisés par des interactions directionnelles et non covalentes sont apparus comme un domaine de recherche fascinant qui vise le développement de matériaux adaptables à structure nanométrique et propriétés stimuli-répondantes (par exemple, auto-guérison, mémoire de forme, actionnement). Alors que la recherche sur les polymères supramoléculaires n’est vieille que de 20 ans, les organismes biologiques ont développé des stratégies supramoléculaires dynamiques au travers de milliards d’années afin de produire des matériaux structurés hiérarchiquement avec des propriétés bien au-delà des capacités de la chimie synthétique de pointe actuelle. En particulier, les protéines des capsides virales s’auto-assemblent de manière réversible en des arrangements très complexes via des interactions non covalentes et directionnelles avec une spécificité élevée en réponse au pH, à la concentration et à l’ARN. De plus, certaines capsides virales forment même des phases de cristaux liquides lyotropes (LC). Récemment, des chercheurs ont exploité ces capsides exprimées de manière recombinante (et donc non nocives) pour produire des nanomatériaux basés sur des châssis moléculaires viraux ; cependant, ces procédés n’ont pas encore été utilisés pour la production de matériaux stimuli-répondants macroscopiques, bien qu’ils aient un potentiel très important.

Dans la présente proposition, nous exploiterons l’assemblage supramoléculaire contrôlable du virus de la mosaïque du tabac (TMV) afin de guider l’auto-assemblage de matériaux à propriétés stimuli-répondantes en 1) créant des hybrides polymère-TMV et 2) en tirant parti de la capacité innée du TMV à former des phases LC. Afin d’atteindre l’objectif 1, nous lierons chimiquement les sous-unités de TMV aux chaînes polymères (par exemple, aux PEG à 4 bras) en utilisant une chimie de conjugaison bien définie. L’auto-assemblage d’hybrides polymère-protéine sera induit via l’auto-assemblage de la capside du TMV en disques à 34 sous-unités. Les disques fonctionneront comme des points nodaux dans le réseau polymère, munissant ainsi ce système de propriétés viscoélastiques variables. Ces propriétés dépendront de la dynamique de dissociation des sous-unités, elle-même sous le contrôle d’interactions spécifiques non covalentes. Les disques TMV peuvent en outre former des bâtonnets rigides de disques empilés en présence d’ARN, créant ainsi un polymère renforcé de fibres ajustables et remplaçables. Afin d’atteindre l’objectif 2, nous exploiterons la tendance des bâtonnets de TMV à former des phases de cristaux liquides smectiques pour la production de films et de fibres structurés de manière hiérarchique. La structure et les propriétés de ces matériaux seront étudiées à l’aide d’une gamme de techniques de caractérisation comprenant la rhéologie, la spectroscopie vibrationnelle, la microscopie électronique, l’AFM et le SAXS. Ce projet marquera une première étape importante vers la production d’une nouvelle classe de matériaux polymères-virus dynamiques et stimuli-répondants avec des applications à la fois techniques et biomédicales. Grâce à la formation et aux efforts d’un personnel hautement qualifié (PHQ), ce travail aura un impact important sur les objectifs de santé humaine et environnementale du Québec et du Canada.»