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Les propriétés récemment révélées de « l’ingrédient » de la mélanine pourraient faire progresser la bioélectronique

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Après près d’un siècle de recherches scientifiques, les scientifiques ont enfin caractérisé un composant clé de la substance appelée mélanine responsable de la coloration d’innombrables organismes vivants.

Un scientifique travaillant dans un laboratoire – photo d’illustration. Crédit image : Edward Jenner via Pexels, licence gratuite

Dans l’étude, publiée en ligne dans la revue Chimie naturelle, une équipe internationale de chercheurs a isolé une molécule clé impliquée dans la synthèse de mélanineune substance du corps humain qui produit une pigmentation des cheveux et de la peau et protège les cellules contre les dommages causés par les rayons ultraviolets du soleil.

La molécule qu’ils ont étudiée possède de nombreuses propriétés physiques de l’eumélanine, un type de mélanine qui ne produit généralement que des pigments noirs et bruns.

Malgré ce que les chercheurs savent de la mélanine, sa structure chimique est restée insaisissable, a déclaré Bern Kohler, un éminent chercheur de l’Ohio et professeur de chimie et biochimie à l’Ohio State Universityl’un des trois auteurs principaux.

« La mélanine est aussi simple que le nez sur notre visage et nous ne savons toujours pas exactement de quoi elle est faite et comment elle fonctionne », a déclaré Kohler. « On pense que c’est un matériau composé d’un grand nombre de composants en interaction, et donc ce que mes collaborateurs et moi essayons d’obtenir, c’est quelles sont les unités chimiques sous-jacentes de la mélanine et quelles sont les interactions qui donnent naissance à ses propriétés ? »

En laboratoire, la mélanine peut être fabriquée naturellement à partir de quelques substances chimiques simples qui se combinent ou réagissent pour former le matériau pigmenté. Grâce aux efforts de Jean-Philip Lumb de l’Université McGill et de Lluis Blancafort de l’Université de Gérone, l’équipe a pu synthétiser et analyser avec succès l’un de ses ingrédients de la taille d’une molécule. Ils ont découvert qu’elle avait plusieurs des mêmes propriétés que la mélanine du produit final, même sans autre transformation.

« La mélanine est comme un plat complexe que vous cuisinez à partir de quelques ingrédients seulement », a déclaré Kohler. « Étant donné que les granules de mélanine dans la peau contiennent des milliards d’atomes, il était surprenant de voir des propriétés semblables à la mélanine émerger dans une molécule contenant seulement quelques dizaines d’atomes. »

En tant que spectroscopiste – ou scientifique qui étudie les interactions entre la matière et la lumière – Kohler a déclaré que ce qu’il trouve le plus remarquable est la couleur verte brillante de la molécule semblable à la mélanine, qui est capable d’absorber la lumière rouge foncé.

« C’est très difficile à faire pour une petite molécule », a déclaré Kohler. « C’est l’une des plus petites molécules organiques connues capables d’absorber de longues longueurs d’onde jusqu’à l’infrarouge. »

Ses propriétés optiques et magnétiques inhabituelles font de la molécule imitant la mélanine une perspective attrayante pour faire avancer la recherche en bioélectronique, un domaine qui vise à connecter l’électronique et les matériaux biologiques vivants pour fabriquer de nouvelles technologies ou thérapies pour les traitements médicaux, a déclaré Kohler.

Les résultats de l’étude suggèrent également que l’exploitation du pouvoir de la mélanine pourrait être utilisée pour changer la façon dont les humains récoltent l’énergie de notre environnement.

« Comme la conversion de l’énergie solaire, une partie de notre stratégie d’énergie alternative consiste à absorber les photons de lumière provenant de tout le spectre solaire », a déclaré Kohler. « C’est ce que fait l’eumélanine, plutôt naturellement. »

Les recherches futures viseront à étudier les propriétés de type mélanine dans des types de molécules similaires. De telles avancées pourraient offrir une plus grande accessibilité aux alternatives de biomatériaux synthétiques, mais à court terme, Kohler imagine que le travail de l’équipe découvrant une molécule semblable à la mélanine inspirera d’autres laboratoires à examiner de plus près comment les propriétés de la mélanine peuvent émerger d’autres unités moléculaires étonnamment petites.

« Notre équipe est ravie que de nouveaux progrès dans la compréhension de la structure de la mélanine puissent réussir en étudiant de petites molécules personnalisables comme celle sur laquelle nous écrivons dans cet article », a-t-il déclaré. « La chimie est encore extrêmement complexe, mais l’intérêt devrait croître pour les petites molécules en tant que modèles de mélanine et la promesse qu’elles détiennent pour générer de nouveaux matériaux inspirés de la mélanine. »

Source: Université d’État de l’Ohio

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