Durant les phases de tests des molécules d'intérêt thérapeutique, on cherche à connaître la façon dont elles sont diffusées, métabolisées et rejetées par l'organisme. Mais il faut rendre ces molécules détectables pour en suivre les cheminements dans le corps. Cela est rendu possible par une opération de radiomarquage qui consiste à remplacer un atome de la molécule thérapeutique par un de ses isotopes radioactifs qu'il sera aisé de détecter par imagerie.
Les procédés actuels de radiomarquage comptent de nombreuses étapes et produisent beaucoup de déchets radioactifs. C'est pourquoi les chimistes de l'Institut Joliot cherchent à mettre au point des procédés de radiomarquage de molécules organiques plus simples, plus rapides et plus respectueux de l'environnement.
En 2019, une collaboration entre les chercheurs de l'Institut Joliot et de l'Iramis a permis de mettre au point une stratégie de radiomarquage d'échange isotopique du carbone à partir du CO2 qui n'avait jamais été réalisé jusque-là.
Cette nouvelle méthode permet, dans une même réaction, la rupture d'une liaison chimique dans une molécule thérapeutique entre deux atomes de carbone stables et la formation d'une nouvelle liaison entre un atome de carbone stable avec un isotope radioactif, l'atome de carbone 14 (ou 14C). Cependant, cette première preuve de concept imposait l'utilisation d'un catalyseur au cuivre et des températures élevées.
En 2020, les chercheurs ont développé une nouvelle méthode permettant de faire l'échange de CO2 par du 14CO2 par simple chauffage, sans catalyseur. Cette solution était bien adaptée à des molécules d'intérêt thérapeutique telles que les acides phényl acétiques présents dans les anti-inflammatoires comme l'ibuprofène et le ketoprofène, mais elle exigeait encore des températures élevées de l'ordre de 150 à 190 °C.
Les chercheurs ont depuis cherché à réaliser l'échange de CO2 par du 14CO2 à des températures bien moins élevées afin de rendre le processus de radiomarquage plus doux et plus pratique. Pour cela, ils ont fait appel à la photochimie en recherchant un catalyseur uniquement organique activé non plus par la chaleur, mais par la lumière. Leur dernier procédé, rendu public début 2021, utilise le photocatalyseur 4CzIPN activé par une lumière bleue de longueur d'onde 450 nm. Il permet de radiomarquer l'Ibuprofène avec du carbone 14 en 3 heures à une température de seulement 40 °C. Les conditions dans lesquelles s'effectue ce radiomarquage sont donc bien plus compatibles avec des structures moléculaires complexes.
Ces nouvelles méthodes de radiomarquage du carbone de plus en plus douces peuvent aider les laboratoires pharmaceutiques à évaluer leur candidats médicaments par le radiomarquage au carbone 14, ou bien à développer de nouveaux traceurs pour l'imagerie médicale en mettant en œuvre un autre isotope du carbone, le carbone 11.