Le chimiste de Groningue Ben Feringa est l'un des trois lauréats du prix Nobel de chimie. Eos lui a parlé l'année dernière lorsque son travail a reçu le prix Solvay.
Les moteurs et machines moléculaires de Ben Feringa pourraient un jour servir dans des médicaments de haute précision, des nanostimulateurs cardiaques ou des matériaux auto-cicatrisants, par exemple. En 1999, il a présenté le premier moteur moléculaire synthétique au monde. Douze ans plus tard, encore une première mondiale, il fait rouler sur une surface de cuivre une voiture à quatre roues motrices de quelques nanomètres (un nanomètre vaut 0,000 000 001 mètre).
Les dispositifs moléculaires pourraient transporter des médicaments à travers la circulation sanguine vers un endroit très précis du corps. Pensez à un antibiotique ou à un médicament antitumoral qui agit sur une infection ou une tumeur mais laisse les tissus sains seuls. "Mais avant d'en arriver là, nous devons encore mieux comprendre les moteurs moléculaires", relativise Ben Feringa.
« Et cela n'est possible qu'en les construisant et en les expérimentant, puis voyez :que pouvons-nous faire avec cela ? Comparez-le aux frères Wright. Ils ont été les premiers à montrer que les gens peuvent voler avec leur avion auto-construit. D'autres pionniers ont poussé ces connaissances plus loin et aujourd'hui, nous volons autour du monde comme si de rien n'était. Nous avons été les premiers à montrer que vous pouvez contrôler le mouvement à l'échelle nanométrique. Pour l'instant, nous ne pouvons rien faire de concret avec ça, mais le fait de savoir que nos corps et la nature existent grâce à des moteurs (naturels) comparables, me rassure que nous développerons beaucoup de matériaux et d'applications révolutionnaires."
Un tel moteur moléculaire ou chariot moléculaire. Que dois-je imaginer ?
« Nous sommes des constructeurs moléculaires. Nous construisons des machines composées de quelques molécules et mesurant à peine un milliardième de mètre. Nous nous inspirons de la nature. Dans notre corps, mais aussi chez les animaux et les plantes, il existe des moteurs qui assurent que les cellules se divisent, contractent les muscles ou transportent des substances. En 1999, nous avons construit la première "réplique" d'un tel moteur moléculaire. Plus tard, nous avons utilisé le moteur pour construire une nanovoiture."
« La voiture fonctionne avec quatre roues motrices. Chaque roue contient un nanomoteur. Il faut de l'énergie pour mettre un mouvement en marche. Cette énergie vient de la lumière. Nous irradions le moteur moléculaire, le mettant dans un état excité. Cela fait tourner une partie de la molécule d'un quart de tour. La molécule est alors tellement instable qu'elle tourne automatiquement d'un autre quart de tour pour redevenir stable. Si nous l'irradions ensuite à nouveau, il tourne à nouveau deux fois un quart de tour et a fait un tour complet."
"Un point crucial est que le moteur ne doit pas être autorisé à tourner au hasard vers la gauche ou vers la droite. Pensez aux roues de votre propre voiture. S'il est également probable qu'ils tournent en arrière ou en avant, vous n'avancerez jamais. Il fallait donc contrôler le sens de rotation :soit dans le sens des aiguilles d'une montre, soit dans le sens inverse des aiguilles d'une montre. Nous y sommes parvenus en créant une image miroir de la molécule. C'était notre grande avancée."
Pouvez-vous également envoyer le panier à l'emplacement souhaité ?
« C'est un grand défi. Nous construisons maintenant des routes à l'échelle nanométrique. De cette façon, nous essayons de trouver comment nous pouvons faire passer le chariot de A à B."
Comment construisez-vous un tel chariot ? Vraisemblablement pas sur un mini-tapis roulant avec une loupe et une pince à épiler à la main ?
"Non. Nous le faisons par synthèse chimique. En manipulant les matières premières (mélange, chauffage, réactions, isolement…) on espère fabriquer des molécules aux propriétés utiles pour la pharmacie, mais aussi pour les polymères, les carburants ou les composants pour shampoing ou peinture automobile par exemple. C'est une procédure assez délicate et compliquée. Au départ, nous avons construit beaucoup de moteurs qui ne fonctionnaient tout simplement pas. Et il nous a fallu cinq ans pour nous assurer que tous les moteurs de notre chariot faisaient ce qu'ils étaient censés faire. »
« Maintenant que nous avons une meilleure compréhension des nanomoteurs, nous pouvons réfléchir aux fonctions que nous pouvons leur donner. Par exemple, nous avons maintenant construit des nano-interrupteurs qui peuvent être réglés dans différentes positions avec de la lumière. Nous intégrons maintenant ces commutateurs dans les produits pharmaceutiques. De cette façon, nous avons créé un antibiotique que vous pouvez activer et désactiver. L'antibiotique n'est pas efficace en position d'arrêt, mais si vous braquez une lumière dessus, l'action antibiotique est initiée. L'idée est que vous preniez un tel antibiotique et que vous allumiez ensuite une lampe exactement à l'endroit du corps où il est autorisé à faire son travail. Il est alors désactivé dans tous les autres endroits. Par conséquent, un antibiotique utilisé pour combattre une infection cutanée, par exemple, n'attaquera pas les bactéries intestinales bénéfiques. Et si l'antibiotique est éteint, les bactéries ne peuvent plus développer de résistance contre celui-ci."
Un tel interrupteur marche/arrêt est également utile pour les traitements contre le cancer.
"Un problème majeur avec la chimiothérapie est que vous obtenez beaucoup d'effets secondaires désagréables parce que la thérapie attaque non seulement la tumeur mais aussi toutes sortes d'autres cellules à croissance rapide, obligeant le patient à faire face à la perte de cheveux et à toutes sortes d'autres effets secondaires. . Nous étudions s'il est possible de détecter une tumeur avec des techniques d'imagerie et de ne faire que la lumière dessus. Si un patient ingère maintenant le médicament antitumoral, il se propage dans la circulation sanguine, mais il ne s'active qu'au site de la tumeur. Même de très petites tumeurs peuvent être traitées de cette manière. Il est encore beaucoup trop tôt pour se rendre à la clinique avec ce genre de techniques, mais nous avons déjà montré qu'il est réaliste de fabriquer des médicaments que l'on peut allumer et éteindre avec la lumière."
Les nanomoteurs naturels sont nécessaires au bon fonctionnement de notre corps. Les moteurs synthétiques peuvent-ils jouer ce rôle, par exemple pour donner de la force musculaire aux patients paralysés ou pour permettre aux aveugles de voir ?
« Les moteurs naturels sont constitués de matériaux différents de nos moteurs synthétiques. Nous n'en sommes donc pas encore si loin. Mais il est réaliste que cela ne soit jamais possible. Je prédis qu'à l'avenir, les scientifiques construiront des robots qui seront injectés dans le corps et y effectueront ensuite des travaux de réparation. Je pense aux nanopacemakers, mais aussi aux robots qui stimulent les cellules nerveuses des yeux des malvoyants ou des aveugles. C'est bien sûr encore de la science-fiction, mais il est réaliste que ce soit possible dans quarante ans."
