Une équipe internationale de chercheurs, dirigé par Mark E. Davis à Caltech, a réussi à fabriquer les premiers tamis moléculaires chiraux. Cette découverte ouvre de nouveaux champs d'investigation tant en chimie qu'en biologie, et a de vastes implications pour les sociétés pharmaceutiques et autres fabricants de produits chimiques spécialisés.

Un trait commun parmi les molécules dans les cellules est la chiralité. Les objets qui ont une chiralité sont des images miroir les uns des autres. Tout comme les humains ont deux mains qui sont des images miroir l'une de l'autre, les molécules présentent une maniabilité et ont des versions gauche et droite appelées énantiomères. Puisque les molécules de la vie, à savoir les protéines, sucres et ADN, sont chiraux, les énantiomères de molécules telles que les médicaments ont des fonctions complètement différentes lorsqu'ils interagissent avec les cellules.

Les industries chimiques de spécialité comme l'industrie pharmaceutique ont eu des difficultés à produire des molécules chirales. Les défis consistent soit à séparer les versions pour droitiers des gauchers, soit à créer directement uniquement l'énantiomère souhaité par le biais d'une réaction chimique.

Davis et son équipe ont maintenant inventé des tamis moléculaires capables à la fois de trier et de créer des molécules chirales. Avec ce développement, les fabricants peuvent être en mesure de produire des formes plus spécifiques et souhaitées de médicaments et d'autres produits. Un exemple de médicament qui pourrait être amélioré, Davis dit, est le médicament ibuprofène, également connu sous l'un de ses noms de marque-Advil. L'ibuprofène contient à la fois des formes gauchers et droitiers, mais seule la version gaucher est thérapeutique.

« Afin de minimiser les effets secondaires associés à l'ibuprofène, tels que les douleurs à l'estomac, ulcères, et d'autres problèmes de santé - il serait utile de prendre simplement la version pour gaucher, " dit Davis, le professeur Warren et Katharine Schlinger de génie chimique à Caltech et chercheur principal de la nouvelle recherche, qui paraît dans le numéro du 1er mai de Actes de l'Académie nationale des sciences . "L'objectif pour l'avenir est de créer des formes chirales spécifiques de molécules, pas des mélanges. Les tamis moléculaires chiraux nous permettront de le faire de nouvelles manières qui seront probablement moins coûteuses. Ces tamis peuvent être robustes et réutilisables, et ne nécessitent pas de températures spéciales ni d'autres conditions de fonctionnement."

Les tamis moléculaires sont des réseaux cristallins à base de silicium utilisés dans des applications commerciales de plusieurs milliards de dollars allant de la production d'essence et de carburant diesel à la purification de l'oxygène de l'air. Les tamis, dont beaucoup appartiennent à une classe appelée « zéolites, " ressemble à du fromage suisse au microscope, avec des pores interconnectés de taille inférieure à 2 nanomètres. Les pores sont ce qui rend ces solides si utiles :ils ne laissent passer que des molécules d'une certaine taille et forme. En outre, les pores peuvent agir comme des chambres de réaction catalytique pour stimuler la production de produits chimiques spécifiques.

Pour créer des tamis moléculaires qui peuvent sélectivement laisser passer une forme spécifique d'une molécule chirale, les chercheurs ont fait plusieurs avancées. D'abord, les co-auteurs de l'Université Rice ont conçu et mis en œuvre des méthodes de calcul pour aider à guider la conception de molécules organiques chirales qui dirigent la synthèse des tamis moléculaires chiraux. Seconde, Des chercheurs de Caltech, qui ont passé des décennies à apprendre quelles devraient être les propriétés des molécules organiques directrices, et comment les utiliser ensuite pour assembler des tamis moléculaires - préparé le conçu, molécules organiques chirales et synthétisé les tamis moléculaires chiraux. Troisième, les scientifiques maintenant à l'université de ShanghaiTech ont développé un nouveau, méthode de microscopie électronique à transmission à haute résolution qui a été utilisée pour confirmer que les tamis étaient bien les versions pour gauchers ou droitiers. Les chercheurs de Caltech ont également démontré que les tamis pouvaient soit séparer les molécules chirales, soit les créer en catalysant des réactions chirales.

"Ce que nous sommes capables de faire ici par conception, c'est de laisser les chercheurs choisir la forme qu'ils veulent :si vous voulez la molécule droite, vous utilisez le bon tamis moléculaire et vous faites celui-là. Si tu veux l'autre, vous utilisez l'autre tamis moléculaire, " dit Davis, qui travaille depuis 30 ans sur le problème de la création de tamis moléculaires chiraux. "Maintenant, nous pouvons synthétiser des molécules avec chiralité en utilisant pour la première fois des catalyseurs de tamis moléculaire. »