Scanner de tomographie par émission de positons/tomodensitométrie (TEP/CT). Crédit :Wikimedia Commons
Les chercheurs ont trouvé une solution de contournement étonnamment polyvalente pour créer des composés chimiques qui pourraient s'avérer utiles pour l'imagerie médicale et le développement de médicaments.
Le mécanisme chimique, découvert par des scientifiques du Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) du ministère de l'Énergie et de l'UC Berkeley, pourrait également élargir notre compréhension des processus de réaction chimique de base impliquant des auxiliaires communs, appelés catalyseurs, comme le cuivre et l'or.
Chimie inattendue
En étudiant les réactions chimiques d'une molécule contenant de l'or, l'équipe de recherche est tombée sur un mécanisme chimique qui peut être utilisé pour former des composés trifluorométhyle (CF3) et les attacher à d'autres composés chimiques.
Leur découverte pourrait aider à la synthèse de nouveaux "radiotraceurs" - des composés chimiques qui contiennent une forme radioactive, ou isotopique, d'un élément - pour une utilisation avec un non invasif, technologie d'imagerie médicale 3D haute résolution connue sous le nom de balayage TEP (tomographie par émission de positons).
Les sociétés pharmaceutiques ont montré un intérêt croissant pour l'incorporation de composés CF3 - qui contiennent du carbone et du fluor - dans une gamme de produits pharmaceutiques. Ces composés peuvent rendre les médicaments plus sélectifs, efficace, ou puissant. L'antidépresseur Prozac, Médicament anti-VIH Sustiva, et anti-inflammatoire Celebrex sont parmi les exemples de médicaments contenant des composés CF3.
Ainsi, en testant l'absorption biologique de médicaments qui incorporent des composés CF3, il est utile d'incorporer du fluor-18 (18F), un isotope radioactif du fluor dans le composé CF3 comme une sorte de marqueur ou "traceur" qui peut être détecté par les scanners TEP.
Création de « traceurs » pour les scans TEP
"Cette recherche nous permet de fabriquer de nouvelles classes de traceurs radioactifs qui étaient trop difficiles, voire impossible, préparer au préalable, " a déclaré Mark D. Levin, qui a été l'auteur principal de l'étude, Publié dans Science . Il a participé à l'étude en tant qu'étudiant diplômé de l'UC Berkeley en tant que chercheur affilié au Biomedical Isotope Facility du Berkeley Lab.
Un rendu 3-D d'une tomographie par émission de positons (TEP) du corps entier identifiant l'emplacement d'une tumeur cancéreuse (région abdominale). L'imagerie tumorale a été rendue possible par le fludésoxyglucose, un composé chimique contenant une forme radioactive de fluor connue sous le nom de fluor-18. Crédit :Jens Maus/Wikimedia Commons
"Ces groupes CF3 sont connus depuis longtemps comme des bienfaits de la chimie médicinale, mais ils étaient traditionnellement très difficiles à installer, " a-t-il ajouté. " Nous avons développé une technique chimique, basé sur une nouvelle découverte dans la chimie de l'or, qui nous permet d'attacher un atome de fluor radioactif à une classe spécifique de molécule qui était auparavant difficile à faire, " dit Levine.
Il y en a environ 2, 500 scanners TEP dans les hôpitaux des États-Unis qui effectuent collectivement environ 2 millions de scans par an. Les TEP sont couramment utilisés pour détecter, carte, et surveiller les cancers internes. Ils peuvent également produire des images détaillées du cerveau et d'autres organes, aider les développeurs de médicaments à tracer les voies biologiques, concentration, et (mieux comprendre la ?) dispersion de nouveaux médicaments dans les études animales, entre autres utilisations.
L'équipe de recherche a exploité le mécanisme pour incorporer le fluor-18 dans les composés CF3 qu'ils ont créés. Le fluor-18 est un traceur populaire pour révéler des cancers et d'autres cibles biologiques en TEP. D'autres chercheurs de la division des sciences chimiques et de l'installation d'isotopes biomédicaux du Berkeley Lab, et dans le département de chimie de l'UC Berkeley ont également participé à l'étude.
La fluorine-18 a une demi-vie d'environ 110 minutes, ce qui signifie que sa production radioactive est réduite de moitié toutes les 110 minutes, et les processus chimiques l'incorporant comme marqueur doivent être conçus pour le fixer rapidement aux composés d'intérêt.
Discovery dirige l'équipe vers une machine de fabrication d'isotopes
En poste sur le campus de l'UC Berkeley, Levin et d'autres chercheurs avaient poursuivi un processus chimique pour produire un composé contenant du fluor appelé hexafluoroéthane, utilisé pour graver du silicium pour les puces informatiques, associé à une molécule contenant de l'or. Dans cet effort, ils ont enrôlé un composé contenant du bore.
De façon inattendue, ils ont trouvé un mécanisme par lequel le composé du bore agit sur un composé CF3 pour produire un fragment CF2 associé au catalyseur à l'or. Ce fragment, ils ont observé, peut alors se lier à d'autres composés chimiques et, dans une étape suivante, former un nouveau composé contenant du CF3.
Ils décrivent dans le Science article comment ils ont manipulé ce mécanisme pour dériver des composés médicamenteux, y compris le léflunomide, un médicament utilisé pour réduire l'enflure et l'inflammation dans le traitement de la polyarthrite rhumatoïde, par exemple, et aussi un analgésique connu sous le nom de BAY 59-3074.
« Quand nous avons eu la première idée que notre nouveau mécanisme pourrait être utile pour développer des traceurs radioactifs, nous avons commencé à examiner le Berkeley Lab et son installation d'isotopes biomédicaux, qui était vraiment au centre de ce travail, " dit Levine.
La structure moléculaire d'un précurseur à base d'or utilisé pour la synthèse de traceurs PET, déterminé par cristallographie aux rayons X. Crédit :Mark Levin/UC Berkeley, Laboratoire de Berkeley
Laboratoire de Berkeley, considéré comme le berceau de la médecine nucléaire pour ses travaux pionniers dans la découverte et l'application d'isotopes radioactifs à des fins médicales, maintient un type d'accélérateur connu sous le nom de cyclotron qui produit les isotopes radioactifs à courte durée de vie utilisés pour fabriquer les composés pour les études médicales et autres recherches.
Jim O'Neil, un scientifique du Berkeley Lab qui est chef de groupe pour l'installation d'isotopes biomédicaux du laboratoire, travaillé avec Levin et d'autres membres de l'équipe de recherche pour leur donner plus d'informations sur le mécanisme chimique impliquant les composés CF3.
"Ils ont vu une application de leur travail pour les médicaments radioactifs, " dit O'Neil.
"Le domaine pharmaceutique et le domaine de la médecine diagnostique ont été très limités dans l'obtention de composés marqués avec du CF3 radioactif et pourtant, de nombreux médicaments contiennent ces groupes CF3. Nous avons produit l'isotope (fluor-18) pour eux. et fourni les installations et la formation pour la collaboration, " il ajouta.
Levin a déclaré que l'équipe de recherche avait appris à incorporer les atomes marqueurs de fluor-18 dans le mécanisme chimique qu'ils utilisaient pour créer de nouveaux composés.
Un appel aux candidats médicaments
"Nous pensons que ces composés d'or seront une plate-forme puissante pour préparer de nouveaux traceurs, et nous nous efforçons d'améliorer le système et d'identifier les cibles médicamenteuses cliniquement pertinentes, " il a dit.
"Idéalement, nous nous associerions à un groupe qui a une cible biologique spécifique ou un candidat médicament d'intérêt qui contient un CF3, " et travailler à adapter le complexe d'or que son équipe a utilisé dans la dernière étude à l'application spécifique, il ajouta. Puis, l'équipe pourrait travailler au développement d'un traceur radioactif incorporant ce composé.
"Aussi, le nouveau mécanisme peut faire la lumière sur des problèmes plus larges" en chimie, il a dit, en fournissant une compréhension plus approfondie des processus de réaction fondamentaux pour l'or et d'autres catalyseurs.
