Le LMC oriente ses recherches autour de trois thématiques

Responsable
Davide Audisio
davide.audisio@cea.fr 

Découverte de nouvelles réactions par le criblage haut débit

La recherche de nouvelles réactions permettant la création de liaisons covalentes est l'un des fondements de la chimie organique. Cette recherche est classiquement menée par des approches rationnelles reposant sur un concept servant de socle aux expériences devant être réalisées. Cependant, la part qu'occupe le hasard dans le processus de découverte n'est pas à négliger, la chimie étant jonchée de découvertes purement fortuites (découverte du Nylon, de la pénicilline, du Téflon, de colorants etc...). Partant du constat simple que la probabilité de découverte augmente avec le nombre d'expériences réalisées, notre laboratoire, en étroite collaboration avec une équipe d'immunologiste de Saclay, a développé et utilisé de nouveaux outils de criblage à haut débit pour la découverte de nouvelles réactions chimiques. Ces techniques permettent de cribler plus de 1000 conditions réactionnelles par jour que ce soit pour des réactions asymétriques ou pour des réactions créant un lien covalent quel qu'il soit.

 En greffant des étiquettes sur des fonctions chimiques A et B susceptibles de réagir par la formation d'un lien covalent, le produit formé AB peut être détecté par deux anticorps spécifiques.

Cette approche a permis d'identifier rapidement plusieurs réactions de couplage présentant un intérêt en synthèse organique.
Ce travail démontre qu'il est possible d'accélérer le processus de découverte en combinant conception, miniaturisation des expérimentations et criblage haut-débit.

L'approche de « hasard forcé » (« forced serendipity » en anglais) peut être appliquée à de nombreux domaines de la chimie organique et notamment à la catalyse asymétrique.

Dans ce cadre, le laboratoire a développé des tests immunologiques permettant de cribler plus de 500 catalyseurs asymétriques par jour. L'un de ces tests utilise des anticorps polyclonaux énantiosélectifs dont le coût est très faible, a notamment permis de déterminer en une journée le profil d'activité d'une dizaine de lipases pour la résolution cinétique dynamique de l'ouverture d'azlactones.  

 

 Chimie « click »

La  chimie dite bio-orthogonale, c'est-à-dire bio-compatible et hautement sélective, est en plein essor car elle est la source des outils chimiques innovant permettant de modifier à souhait et avec des performances inégalées du matériel biologique.

Parmi les réactions chimiques bio-orthogonales, le couplage entre les azotures et les alcynes, fonctions chimiques non naturelles, catalysé par des complexes de cuivre est l'un des plus utilisé. Cette réaction, impliquant trois composés (les deux réactifs et le catalyseur à base de cuivre), est très chimiosélective mais son utilisation dans des milieux biologiques très complexes tel que les milieux cellulaires est limitée en raison d'une faible cinétique et de la nécessité d'utiliser un excès de complexe du cuivre ce qui induit une toxicité cellulaire.

En partant du principe simple qu'une réaction impliquant deux composés au lieu de trois est statistiquement plus favorable, notre laboratoire a développé un réactif comprenant dans sa structure à la fois la fonction azoture et un complexant du cuivre. Celui-ci permet de réaliser des réactions click en quelques secondes et ceci même à l'intérieur d'une cellule.

Malgré les nombreuses applications possibles, peu de réactions répondant aux critères de la chimie  « click » ont été développées à ce jour. Notre laboratoire apporte sa contribution à ce domaine en utilisant une approche basée sur l'identification rapide de ce type de réaction par le criblage haut débit.

Ainsi une nouvelle réaction répondant à l'essentiel des critères de la chimie click, a été récemment identifiée par le groupe. Cette réaction génère des pyrazoles à partir d'alcynes et de composés mésoioniques appelés sydnones sous catalyse au cuivre.

Très récemment, la version sans cuivre de cette réaction a été développée, elle peut être efficacement utilisée pour des applications de bioconjugaison.

 

Marquage au carbone 14

Le marquage au ¹⁴C et ¹³C de molécules biologiquement actives peut être considéré comme l'activité historique de notre laboratoire. La préparation d'acides gras marqués notamment, a permis l'étude in vivo chez l'animal et chez l'homme du métabolisme d'acides gras issus des processus industriels de l'alimentation. 

Plus récemment, notre groupe s'intéresse au développement de procédés multi-étape réalisés en un seul pot permettant la préparation de molécules polyfonctionnelles à partir de matières premières radiomarquées facilement disponibles tel que le cyanure. Ces nouvelles méthodologies sont développées dans le but de réduire les temps de synthèse et surtout les déchets générés.

Notre laboratoire s'intéresse également au développement de nouvelles méthodes de marquage de nanoparticules dans le but d'étudier leur biodistribution et leur pharmacocinétique chez l'animal pour des problématiques de nanotoxicologie.

Parmi les différentes nanoparticules manufacturées, nous nous intéressons plus particulièrement aux nanotubes de carbone (NTC) et au graphène.

Dans le but d'obtenir des données quantitatives de biocinétique, données indispensables pour appréhender l'impact potentiel des NTC in vivo, nous avons développé une méthode de marquage radioactif utilisant un procédé chimique en trois étapes permettant un marquage au ¹⁴C des groupements carboxyliques présents sur les NTC. Les NT¹⁴C produits ont permis d'obtenir les premières données de biodistribution de nanotubes manufacturés non fonctionnalisés.

Plus récemment, une méthode de marquage plus performante a été mise au point. Celle-ci est basée sur une synthèse de novo de NTC à partir de benzène-¹⁴C selon un procédé de dépôt chimique en phase vapeur. Les NTC sont obtenus avec un fort taux de marquage permettant la détection de  seulement une vingtaine de nano-objets in vivo.  Cette très grande sensibilité nous a également permis de suivre le transport des NTC chez la plante et plus récemment de mettre en évidence un phénomène de translocation vers des organes secondaires post-contamination pulmonaire chez la souris.

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