Les molécules fabriquées en laboratoire ont souvent un inconvénient que la nature évite mystérieusement. Le problème est que de nombreuses molécules sont chirales, ce qui signifie qu'ils ont une structure asymétrique. Une conséquence de la chiralité est que lorsque nous synthétisons une molécule chirale, nous fabriquons aussi souvent son doppelganger, une image miroir de la molécule visée. Les deux peuvent se ressembler mais, comme la main droite et la main gauche, ils ne sont pas interchangeables.

Selon la maniabilité, la molécule limonène sent l'orange ou la térébenthine, l'ibuprofène peut être quatre fois plus puissant et la thalidomide traite les nausées matinales ou entraîne de graves malformations congénitales.

"Environ 50 pour cent des médicaments et 30 pour cent des produits agrochimiques sont chiraux, ce qui signifie qu'ils peuvent être gauchers ou droitiers. De celles, plus de 90 % sont vendus sous forme de mélanges de molécules à deux mains car il est si difficile de les séparer, " a déclaré Jennifer Dionne, professeur agrégé de science et d'ingénierie des matériaux à l'Université de Stanford. Les méthodes chimiques normales de séparation des molécules - pour conserver la bonne version et éliminer la mauvaise - sont chères, chronophage ou inefficace.

Le laboratoire de Dionne a maintenant montré une approche prometteuse pour séparer les molécules chirales. Il s'agit d'un filtre nanostructuré qui, lorsqu'il est éclairé par un laser, attire un spécimen à une main tout en repoussant son image miroir. L'équipe a publié cette technique dans le numéro du 25 septembre de Nature Nanotechnologie .

Une poignée de main légère

La lumière focalisée peut changer l'élan d'un objet. Cet effet a été utilisé pour créer des outils incroyables, appelé pince à épiler optique, qui permettent aux scientifiques de manipuler des particules avec des faisceaux de lumière hautement focalisés. (C'est son travail avec des pincettes optiques qui a valu à Steven Chu, professeur de physique à Stanford et professeur de physiologie moléculaire et cellulaire à la Stanford School of Medicine, le prix Nobel de physique en 1997.) Bien que l'idée de séparer les formes chirales ait semblé attrayante, bon nombre des molécules que nous voulons cibler sont trop petites pour être séparées directement par des forces optiques.

Yang Zhao, un stagiaire postdoctoral au laboratoire Dionne, a surmonté cette faiblesse en créant une nanostructure qui permet à la lumière polarisée circulairement d'interagir plus fortement avec de petits spécimens. Le trajet de la lumière dans la nanostructure trace une spirale dans un sens mais pas dans l'autre. Une fois que la lumière chirale a traversé ce chemin, il interagit avec des molécules qui complètent sa forme et les tire vers le bas.

Les chercheurs ont testé leur prototype en mesurant les forces exercées sur des spécimens chiraux. Ils ont construit un outil appelé microscope à force optique chiral, qui combine la pince à épiler optique avec un microscope à force atomique (AFM), un outil capable de résoudre la structure chimique d'une seule molécule. Une pointe AFM chirale a servi de spécimen chiral et, à la fois, a cartographié les forces spécifiques à la maniabilité de la pointe. Ils ont montré que les forces optiques produites par leurs pincettes sont suffisamment fortes pour séparer certaines molécules chirales.

Construire le filtre optique

L'équipe n'a pas encore testé la pince à épiler sur de véritables molécules chirales, mais Zhao a commencé à quantifier les forces qu'ils sont capables d'appliquer à l'ADN et à certaines protéines. Ces molécules chirales ont une nature spécifique, mais peuvent être l'une ou l'autre si elles sont produites en laboratoire.

La prochaine étape consistera à assembler leurs pincettes en une sorte de filtre qui peut séparer deux formes d'un médicament ou d'autres molécules.

"Nous mettrons beaucoup de ces nanostructures sur une puce microfluidique où un médicament d'intérêt pourra être introduit, " a déclaré Zhao. " Si cela fonctionne comme nous le voulons, nous devrions pouvoir séparer le médicament lors de l'illumination. »

En plus de trier les médicaments pour les rendre plus sûrs ou plus efficaces, les chercheurs pensent que leur pince à épiler pourrait être utilisée à d'autres fins, comme surveiller le repliement ou le dépliement d'une protéine ou permettre la synthèse par la lumière de produits chimiques chiraux.