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Pour la première fois, une nanoparticule unique et tordue a été mesurée et caractérisée avec précision dans un laboratoire, ce qui rapproche les scientifiques de l’époque où les médicaments seront produits et mélangés à l’échelle microscopique.

La chiralité d’un matériau

Les physiciens de l’université de Bath qui étudient les matériaux à l’échelle nanométrique ont fait des observations révolutionnaires en utilisant une nouvelle méthode pour examiner la forme des nanoparticules en 3D. Cette technique, appelée « hyper-Rayleigh scattering optical activity » (HRS OA), a été utilisée pour examiner la structure de l’or (entre autres matériaux), ce qui a permis d’obtenir une image très claire de la torsion du « filet de vis » dans la forme de ce métal.
La compréhension de la torsion d’un matériau (connue sous le nom de chiralité) est essentielle dans les industries qui produisent des médicaments, des parfums, des additifs alimentaires et des pesticides, car la direction dans laquelle une molécule se tord détermine certaines de ses propriétés. Par exemple, une molécule qui se tord dans le sens des aiguilles d’une montre produit une odeur de citron alors que la même molécule qui se tord dans le sens inverse sent l’orange.
« La chiralité est l’une des propriétés les plus fondamentales de la nature. Elle existe dans les particules subatomiques, les molécules (ADN, protéines), les organes (le cœur, le cerveau), les biomatériaux (comme les coquillages), les nuages dans une tempête (tornades) et la forme des galaxies (spirales dans l’espace) », a déclaré le professeur Ventsislav Valev, qui a dirigé le projet.

Une sonde de la chiralité 

Jusqu’à présent, les physiciens s’appuyaient sur des méthodes optiques vieilles de 200 ans pour déterminer les propriétés chirales des molécules et des matériaux, mais ces méthodes sont faibles et nécessitent de grandes quantités de molécules ou de matériaux pour fonctionner. En utilisant une technique basée sur de puissantes impulsions laser, le professeur Valev et son équipe ont produit une sonde de la chiralité beaucoup plus sensible, capable de détecter une seule nanoparticule flottant librement dans un liquide.
« C’est à la fois un record et une étape importante dans le domaine des nanotechnologies », a déclaré le professeur Valev. « Poursuivre cette ligne de recherche a été l’une des réalisations les plus gratifiantes de ma carrière ». « L’observation du groupe de Valev est historique, et scientifiquement elle nous inspire dans notre travail de synthèse de nouveaux nanomatériaux chiraux en 3D », a déclaré le coauteur de cette étude, le professeur Ki Tae Nam.
Les applications potentielles de la détection chirale ultra-sensible sont nombreuses. Par exemple, de nombreux produits pharmaceutiques sont chiraux. Les pharmaciens locaux pourront exploiter cette technologie pour mélanger des substances d’une manière totalement nouvelle, en produisant des produits pharmaceutiques à partir de minuscules gouttelettes de principes actifs plutôt qu’à partir de grands béchers de produits chimiques.

Des pilules qui sont des mini-laboratoires

« Vous pourrez vous rendre chez le chimiste avec une ordonnance et au lieu de recevoir un médicament qui doit être mélangé à partir de flacons de produits chimiques et ensuite conservé au réfrigérateur pendant plusieurs jours, vous repartirez avec des pilules qui sont des mini-laboratoires. En cassant la pilule, un nombre précis de micro-gouttelettes circuleront dans des micro-canaux pour mélanger et produire le médicament nécessaire », a déclaré le professeur Valev.
« Pour que ces mini-laboratoires puissent produire des médicaments chiraux, vous devrez connaître le nombre de molécules et de catalyseurs dans chaque micro-gouttelette, ainsi que leur chiralité », a déclaré le doctorant Lukas Ohnoutek. « C’est là que notre résultat est vraiment important. Nous pouvons maintenant viser à produire des microgouttelettes contenant une seule nanoparticule chirale, à utiliser comme catalyseurs dans des réactions chimiques ».
C’est un peu comme une paire de gants; vous avez des gants pour la main droite et pour la main gauche. En sachant lequel ira sur la bonne main, vous pouvez concevoir des médicaments qui offriront des caractéristiques propres à leur chiralité.
Cette recherche a été publiée dans Nano Letters.
Source : University of Bath
Crédit photo : Pexels

Mesurer la chiralité pour des médicaments à la demandemartinbiothechnologie
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