Quiconque a connu des brûlures de congélateur sait que les cristaux de glace peuvent être un problème à basse température. Cependant, les bords déchiquetés des cristaux de glace peuvent faire plus que ruiner la texture de votre glace. À un niveau microscopique, ils peuvent détruire la structure des cellules vivantes ou des médicaments biologiques, comme les enzymes et les anticorps, qui doivent néanmoins être transportés à des températures glaciales.
L'antigel dans votre voiture – l'éthylène glycol – est toxique, ce n'est donc pas une solution pour les aliments ou les médicaments. Au lieu de cela, les chercheurs se sont tournés vers la nature pour l'inspiration: les poissons qui habitent les eaux polaires ont des protéines dans leur sang qui l'empêchent de geler.
Désormais, des chercheurs du John et du Marcia Price College of Engineering de l'Université de l'Utah ont conçu un moyen de faire une version synthétique dépouillée de cette protéine, assez simple pour être fabriquée à grande échelle, mais suffisamment puissante pour inhiber la formation de cristaux de glace à des températures inférieures à zéro.
Les chercheurs ont démontré l'efficacité de leurs polypeptides Mimic sur plusieurs cas de test du monde réel, notamment la crème glacée et le trastuzumab de médicament anticancéreux. Le premier a été réfrigéré avec succès à moins 4 degrés Fahrenheit, tandis que le second a survécu à des températures aussi basses que moins 323 degrés F.
L'étude est publiée dans la revue Matériaux avancés. Il était dirigé par Jessica Kramer, professeur agrégé au Département de génie biomédical, et Thomas McParlton, étudiante diplômée de son laboratoire.
Pendant des décennies, les chercheurs ont regardé les protéines antigel naturelles trouvées dans certains poissons polaires, ainsi que certains insectes et plantes. Cependant, l'extraction de quantités significatives de ces protéines des organismes vivants n'est pas pratique pour une utilisation commerciale. Ils sont également susceptibles de contaminer par des allergènes.
Kramer et ses collègues ont donc décidé de déterminer les propriétés physiques et chimiques exactes de ces protéines qui étaient responsables de leurs capacités d'antigel. Une paire d'études antérieures, publiées dans Chimie des matériaux et Biomacromoléculesa démontré les caractéristiques structurelles qui étaient les plus critiques dans les protéines naturelles.
« En fin de compte, nous avons simplifié la structure uniquement aux pièces que nous pensions nécessaires pour l'activité antigel, ce qui rend la production moins compliquée et coûteuse », a déclaré Kramer. « Malgré ces changements, cette étude a montré que nos imitons se lient à la surface des cristaux de glace et inhibent la croissance des cristaux, tout comme les protéines naturelles de l'antigel. »
« Mieux encore », a déclaré McParlton, « nous faisons ces mimiques entièrement en utilisant la chimie – aucun poisson ou cellule requis. »
Comme preuve de concept, les chercheurs ont démontré que les molécules imitées sont non toxiques pour les cellules humaines, sont digestibles par les enzymes de l'intestin humain et peuvent survivre au chauffage, un facteur critique pour son potentiel de production alimentaire. Ils ont également effectué des tests sur des enzymes et des anticorps sensibles, montrant que les Mimics les protégeaient des dommages associés aux cycles de gel / dégel.
« Nous avons également montré que nous pouvons inhiber les cristaux de glace dans la crème glacée, ce qui se produit souvent pendant l'expédition ou lorsque les gens prennent le carton dans et hors du congélateur », a déclaré Kramer.
Les chercheurs envisagent leurs molécules de mimique permettant une grande variété d'applications, de l'extension de la durée de conservation des aliments surgelés à l'amélioration du stockage et du transport de biologiques vitaux. La technologie est actuellement en instance de brevet, et l'équipe s'efforce de commercialiser leur innovation par le biais d'une nouvelle start-up, Lontra Bio LLC, qui vise à commercialiser ces protéines d'antigel synthétiques.
