Le mécanisme d'auto-assemblage des molécules hybrides cyclopeptide-dendrimère
L'auto-assemblage des molécules hybrides cyclopeptide-dendrimère est un processus synergique complexe. Il repose sur la formation spontanée de structures supramoléculaires ordonnées par diverses interactions non covalentes, sous l'effet de la thermodynamique. Les principales forces motrices sont les liaisons hydrogène, les interactions hydrophobes, les interactions π-π et les interactions électrostatiques. La coordination synergique de ces interactions détermine la morphologie, la taille et la stabilité des structures auto-assemblées.
Les liaisons hydrogène constituent la force motrice principale de l'auto-assemblage des molécules hybrides cyclopeptide-dendrimère, principalement issues des liaisons amide (―CO―NH―) des segments cyclopeptidiques. Ces liaisons amide peuvent agir comme donneurs (NH) et accepteurs (CO) de liaisons hydrogène. Plusieurs molécules de cyclopeptide interagissent entre elles par des liaisons hydrogène intermoléculaires pour former des structures empilées régulières, qui à leur tour construisent des structures ordonnées telles que des nanotubes et des nanofibres. Par exemple, divers cyclopeptides, comme les α-alternés cycliques (D,L), les β-peptides cycliques et les α,γ-peptides cycliques, peuvent s'assembler en nanotubes grâce à ces liaisons hydrogène intermoléculaires. La cavité des nanotubes de α,γ-cyclopeptide est partiellement hydrophobe, ce qui permet d'encapsuler des solvants non polaires et présente un intérêt potentiel pour l'administration de médicaments.
Les groupements fonctionnels terminaux des dendrimères (tels que les groupements hydroxyle et carboxyle) peuvent également participer à la formation de liaisons hydrogène, en établissant des liaisons intra- ou intermoléculaires avec les liaisons amide des cyclopeptides. Ceci stabilise la conformation des molécules hybrides et régule le processus d'auto-assemblage. L'intensité et la direction des liaisons hydrogène peuvent être modulées en ajustant la séquence d'acides aminés des cyclopeptides et les groupements fonctionnels terminaux des dendrimères, permettant ainsi la construction précise de structures auto-assemblées.
L'interaction hydrophobe est un facteur clé influençant la morphologie d'auto-assemblage des molécules hybrides. Elle repose essentiellement sur l'interaction répulsive entre les molécules d'eau et la partie hydrophobe de ces molécules, favorisant l'agrégation des groupements hydrophobes et l'exposition des groupements hydrophiles en milieu aqueux, et conduisant ainsi à la formation de différentes structures d'assemblage amphiphiles. La partie hydrophobe des molécules hybrides cyclopeptide-dendrimère provient principalement des résidus d'acides aminés hydrophobes des cyclopeptides (tels que la leucine et la phénylalanine) et des extrémités hydrophobes des dendrimères (telles que les chaînes alkyle), tandis que la partie hydrophile provient des extrémités hydrophiles des dendrimères (telles que les groupements hydroxyle, carboxyle et amine).
En solution aqueuse, les groupes hydrophobes s'agrègent spontanément pour former un cœur hydrophobe, tandis que les groupes hydrophiles forment une enveloppe hydrophile, constituant ainsi des structures d'assemblage telles que des nanosphères et des micelles. Si l'amphiphilicité des molécules hybrides est équilibrée, des structures ordonnées unidimensionnelles, comme des nanofibres et des nanotubes, peuvent se former. Par exemple, les molécules hybrides dendrimères γ-cyclopeptides pontés par la cystine présentent une amphiphilicité. Leurs parties cyclopeptidiques hydrophobes forment des nanotubes par liaisons hydrogène intermoléculaires, tandis que les parties dendrimères hydrophiles, situées à l'extérieur des nanotubes, peuvent former des structures filamenteuses uniformes par interaction hydrophobe dans l'eau et les solutions aqueuses.
Outre les liaisons hydrogène et les interactions hydrophobes, les interactions π-π et les interactions électrostatiques jouent un rôle important dans l'auto-assemblage des molécules hybrides. Elles agissent en synergie avec les deux interactions précédentes pour assurer la stabilité et la régularité des structures auto-assemblées. Les interactions π-π proviennent principalement des résidus d'acides aminés aromatiques présents dans les segments cyclopeptidiques (tels que la phénylalanine et le tryptophane). Ces groupements aromatiques forment des structures empilées régulières grâce à l'interaction de leurs nuages électroniques π, stabilisant ainsi le système auto-assemblé. Par exemple, les cyclodipeptides contenant des groupements aromatiques peuvent s'auto-assembler efficacement grâce à l'effet synergique des interactions π-π et des liaisons hydrogène, formant des structures telles que des nanofibres.
L'interaction électrostatique provient principalement des charges des groupements fonctionnels terminaux des molécules hybrides (comme la charge négative des groupements carboxyle et la charge positive des groupements amino). Lorsque les molécules hybrides sont chargées, l'attraction ou la répulsion électrostatique entre elles influence la taille et la morphologie des structures auto-assemblées. En ajustant le pH de la solution, il est possible de modifier l'état de charge des molécules hybrides, et ainsi de réguler l'intensité de l'interaction électrostatique et de contrôler de manière réversible la morphologie des structures auto-assemblées.
Lijinjie, e-mail : lijinjie@dilunbio.com