Des scientifiques de l'Université baptiste de Hong Kong (HKBU) ont développé une nouvelle technique qui peut produire des médicaments thérapeutiques purs sans les effets secondaires associés.

L'approche, qui utilise un dispositif de fabrication de nanostructures, peut manipuler la chiralité des molécules de médicament en contrôlant la direction dans laquelle un substrat est tourné à l'intérieur du dispositif, éliminant ainsi les effets secondaires possibles qui peuvent survenir lorsque les gens prennent des médicaments contenant des molécules avec une chiralité incorrecte.

Publié dans la revue scientifique Chimie de la nature , les résultats de la recherche ouvrent la voie à la production en série de produits plus purs, des médicaments moins chers et plus sûrs qui peuvent être fabriqués de manière évolutive et plus respectueuse de l'environnement.

Le contrôle de la chiralité moléculaire améliore la sécurité des médicaments

De nombreuses molécules chimiques ont deux configurations, ou versions chirales, qui sont des images miroir l'une de l'autre. Tout en partageant la même formule moléculaire, les deux versions chirales ont des arrangements différents de leurs atomes constitutifs dans l'espace. Les deux versions des molécules sont caractérisées par des configurations chirales gauchers et droitiers comme les mains humaines. Les molécules à chiralité « gaucher » et « droitier » peuvent avoir des effets biochimiques totalement différents.

Plus de la moitié des médicaments thérapeutiques sont constitués de quantités égales de molécules chirales gauchers et droitiers, communément appelé "racemates"; on peut guérir des maladies spécifiques, mais l'autre peut avoir des effets indésirables. Séparer et produire des molécules avec uniquement l'arrangement chiral (connu sous le nom d'énantiomère unique) responsable des effets thérapeutiques peut aider à produire des médicaments avec une sécurité et une efficacité améliorées.

Contrôle à macro-échelle de la chiralité moléculaire

En général, les molécules ont une taille extrêmement petite allant du millionième au cent millième du diamètre d'un cheveu humain. Il est donc extrêmement difficile de produire sélectivement l'une des deux versions de molécules chirales en utilisant un contrôle à "macro-échelle" (c'est-à-dire l'échelle dimensionnelle qui peut être vue à l'œil nu et actionnée à la main). Pour produire des médicaments à énantiomère unique, les chimistes ont massivement utilisé des molécules appelées "ligands chiraux" pour contrôler efficacement la chiralité moléculaire des médicaments en laboratoire ou dans l'industrie à l'échelle moléculaire, un processus appelé synthèse asymétrique. Cependant, les technologies existantes pour produire des médicaments à énantiomère unique sont composées de procédures compliquées, qui sont chers et peu respectueux de l'environnement.

Dr Jeffery Huang Zhifeng, Professeur agrégé au Département de physique de la HKBU, et son équipe de recherche ont conçu une nouvelle approche pour manipuler la chiralité moléculaire grâce à un contrôle à grande échelle en collaboration avec l'Université du Sichuan, Université médicale du Guangxi et Université des sciences et technologies du Sud. Il s'agit de médiatiser la manipulation avec des nanostructures métalliques hélicoïdales (c'est-à-dire des nanohélices métalliques) qui ont la forme d'un ressort hélicoïdal, et ils ont une taille caractéristique d'un millième du diamètre d'un cheveu humain.

Le sens de rotation détermine la chiralité moléculaire

L'équipe de recherche a fabriqué les nanohélices métalliques à l'aide d'une technique de nanofabrication appelée dépôt à angle oblique (GLAD). L'argent et le cuivre ont été déposés sur un substrat de support qui a été tourné dans le sens des aiguilles d'une montre et dans le sens inverse des aiguilles d'une montre pour fabriquer les nanohélices métalliques droites et gauches, respectivement.

L'équipe de recherche a ensuite utilisé la lumière ultraviolette pour induire une réaction chimique. Cela a amené les molécules d'acide 2-anthracènecarboxylique (AC) adsorbées sur les nanohélices métalliques à subir la réaction chimique et à former des produits moléculaires chiraux, qui sont similaires à certains médicaments chiraux. Lorsque AC a été attaché à la surface des nanohélices métalliques droites et exposé à la lumière ultraviolette, il produisait préférentiellement des produits moléculaires chiraux "droitiers". Par la même occasion, lorsque AC a été adsorbé sur la surface des nanohélices métalliques gauches et exposé à la lumière ultraviolette, il produisait préférentiellement des produits moléculaires chiraux "gauchers". En d'autres termes, la chiralité du produit moléculaire peut être déterminée de manière fiable par la chiralité des nanohélices métalliques, qui est contrôlé par le sens de rotation du substrat.

La recherche démontre que le contrôle de la direction de rotation du substrat à un niveau macroscopique peut facilement manipuler la chiralité moléculaire. Il s'agit d'une application sans précédent de la méthode à l'échelle macro (via le contrôle du sens de rotation d'un support de substrat de 4 pouces) pour manipuler la chiralité à l'échelle moléculaire (produits moléculaires chiraux de l'ordre d'un milliardième de mètre) .

Approche verte pour réduire les effets secondaires des médicaments

"Notre succès dans la manipulation de la chiralité moléculaire grâce à l'ingénierie macroscopique permet la synthèse pratique de médicaments sous des formes à énantiomère unique avec uniquement les droitiers ou les gauchers. Par conséquent, cela aidera à se débarrasser des effets indésirables, parfois fatale, effets secondaires de nombreux médicaments thérapeutiques, " a déclaré le Dr Huang.

L'utilisation de ligands chiraux dans la méthode classique de synthèse asymétrique est inévitable, et il peut provoquer la pollution de pénétrer dans l'environnement. En revanche, dans cette nouvelle approche, les nanohélices métalliques peuvent être utilisées à plusieurs reprises pour produire des médicaments à énantiomère unique sans l'utilisation de ligands chiraux. Par conséquent, il ouvre la voie à la production de masse de médicaments thérapeutiques abordables, fabriqués de manière évolutive avec des matériaux recyclables.