Des conducteurs dans la molécule : LIKAT simplifie la méthode qui empêche la dégradation prématurée des médicaments dans l'organisme
Le processus chimique de la deutération est grandement simplifié
Ce que les gens ingèrent est dégradé biochimiquement par l'organisme au cours du métabolisme : les substances utiles sont digérées, les moins essentielles sont rejetées et excrétées. Dans le cas des médicaments, cette dégradation commence parfois avant qu'ils puissent développer pleinement leur effet curatif. Les chimistes tentent d'empêcher cela en remplaçant les atomes d'hydrogène (H) dans la molécule du médicament par du deutérium (D), un isotope de l'hydrogène. Dans sa thèse à l'Institut Leibniz de catalyse, LIKAT, Rostock, une jeune chercheuse a exploré comment cet échange d'isotopes peut être réalisé plus simplement, plus efficacement en termes de ressources et plus économiquement qu'auparavant.
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2017 : Premier médicament deutéré
Chimiquement, l'hydrogène et le deutérium sont identiques. Le deutérium possède seulement un noyau atomique plus lourd. "C'est pourquoi il réagit plus lentement que l'hydrogène", explique le Dr Sara Kopf du LIKAT. "Et c'est précisément cette "inertie" qui stabilise les médicaments, par exemple. C'est-à-dire que la dégradation par l'organisme est retardée." À l'avenir, les patients pourraient être traités avec des doses plus faibles qu'auparavant et risquer moins d'effets secondaires.
Le premier médicament deutéré a été approuvé par la Food and Drug Administration (FDA) américaine en 2017. Il atténue les troubles du mouvement dans le traitement de la maladie de Huntington. Depuis lors, des laboratoires du monde entier tentent d'obtenir des agents médicaux plus stables grâce à l'échange d'isotopes d'hydrogène. Sara Kopf a également choisi ce sujet, en 2020, pour sa thèse, qu'elle a soutenue en novembre.
L'objectif de ce travail, qui a été supervisé par le directeur du LIKAT, le professeur Matthias Beller : simplifier considérablement le processus chimique de la deutération. Cela comprenait, d'une part, le catalyseur, et d'autre part, la source de deutérium.
Source : L'eau deutérée
Le doctorant a choisi l'eau deutérée comme nouvelle source. Contrairement au gaz deutérium habituellement utilisé, elle peut être traitée sous une pression normale et est moins chère.
L'une des astuces de la deutération consiste à ne pas remplacer tous les atomes d'hydrogène de la molécule, mais seulement certains, explique le chimiste. Les emplacements appropriés seraient, avant tout, ce que l'on appelle les groupes C-H. Ceux-ci se composent d'un atome de carbone (C) et de jusqu'à trois atomes d'hydrogène (H) et sont très courants dans les produits pharmaceutiques. Pour les chimistes, ils constituent le site de réaction privilégié dans la molécule : l'activation C-H peut être utilisée pour doter les principes actifs de fonctions spécifiques.
Cette activation C-H est l'une des réactions de rêve en chimie organique, comme le dit le Dr Kopf : "Très attrayante, mais difficile à maîtriser. Nous l'utilisons pour cliver le groupe C-H et remplacer l'atome H par d'autres éléments. Et, bien sûr, elle se prête au remplacement de l'hydrogène par du deutérium."
Catalyseurs : Manganèse et Ruthénium
Cette activation C-H nécessite un catalyseur, généralement l'iridium, un métal précieux coûteux, plus rare que l'or et le platine. Sara Kopf a également voulu trouver des alternatives pour cela. Elle a fait des expériences avec du ruthénium et du manganèse. "Le ruthénium est plus abondant que l'iridium, il est bien étudié et offre beaucoup de littérature en termes d'activation C-H", explique la chimiste. Le manganèse existe dans d'importants gisements, ses propriétés sont similaires à celles du fer, il est également peu coûteux, non toxique et fait l'objet d'une attention croissante de la part des experts car il ouvre une voie vers la "chimie verte."
Les expériences ont démarré lentement, se souvient Sara Kopf. Ce qui fonctionnait sans effort avec l'iridium ne fonctionnait pas avec le ruthénium ou le manganèse. Ce n'est qu'avec un co-catalyseur que la percée a eu lieu. Dans des analyses mécanistiques, elle a identifié ce qui se passe au niveau moléculaire dans la réaction. Le nœud du problème s'est avéré être que les groupes C-H que le chimiste avait prévus pour l'échange d'isotopes ne s'approchaient pas suffisamment du catalyseur pour pouvoir réagir.
Une méthode universelle
"L'astuce consiste à utiliser d'autres structures de la molécule comme conducteurs, pour ainsi dire, qui mettent en contact les groupes C-H correspondants et le catalyseur." Dans sa thèse, Sara Kopf décrit comment des structures typiques des molécules de chimie organique peuvent être transformées en groupes conducteurs. Ceux qui étaient autrefois bons en chimie connaissent encore les noms de la classe : par exemple, les cétones (C-O), qui se composent d'un atome de carbone et d'un atome d'oxygène, ou les groupes aldéhydes (C-H-O) composés de carbone, d'hydrogène et d'oxygène.
Le Dr Kopf : "Plus je peux accéder à des groupes en tant que conducteurs dans les molécules, plus je peux ensuite "étiqueter" de produits pharmaceutiques à l'aide du deutérium." La nouvelle méthode d'échange d'isotopes est donc adaptée à de vastes domaines d'application. Toutefois, des recherches supplémentaires sont nécessaires pour qu'elle soit prête à être utilisée dans la pratique, a-t-il ajouté. Par exemple, la méthode du Dr Kopf nécessite encore des températures comprises entre 100 et 120 degrés Celsius. "Il y a des structures dans la molécule qui ne peuvent pas supporter cette chaleur. Pour la réaction, une température de 40 degrés, voire une température ambiante, serait idéale."
Après deux ans et demi de recherche, Sara Kopf a soutenu sa thèse avec la meilleure note possible : summa cum laude. Elle a publié un article général sur son sujet de recherche dans la revue CHEMICAL REVIEWS de l'American Chemical Society.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
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