Du CO2 et du cuivre pour le radiomarquage de composés pharmaceutiques
Publié par Redbran le 05/03/2019 à 14:00
Source: CEA IRAMIS
Des chercheurs du SCBM (Institut Joliot) en collaboration avec l'équipe LCMCE du NIMBE (CEA/CNRS) ont mis au point une méthode de marquage au carbone 14 de molécules organiques d'intérêt thérapeutique, basée sur l'échange dynamique de dioxyde de carbone (Le dioxyde de carbone, communément appelé gaz carbonique ou anhydride carbonique, est un composé chimique composé d'un atome de carbone et de deux atomes d'oxygène et dont la...).

Cette méthode de synthèse en une seule étape est moins coûteuse et génère beaucoup moins de déchets radioactifs que les méthodes actuelles. En facilitant certaines études précliniques et cliniques, elle devrait aussi contribuer à accélérer la mise sur le marché de nouveaux médicaments. Cette étude a été publiée dans le " Journal of the American Chemical Society. -JACS".


Schéma du cycle catalytique de la réaction d'échange isotopique du carbone développée (En géométrie, la développée d'une courbe plane est le lieu de ses centres de courbure. On peut aussi la décrire comme l'enveloppe de la famille des droites...) par le SCBM et le NIMBE. © D. Audisio/CEA

La mise sur le marché de nouveaux médicaments est un processus long et coûteux. Notamment, car durant les phases précliniques et cliniques de tests, l'identification des candidats médicaments les plus efficaces et les moins toxiques s'avère souvent délicate. Pour y arriver, les médicaments sont "étiquetés". Par exemple, l'un des atomes (Un atome (du grec ατομος, atomos, « que l'on ne peut diviser ») est la plus petite partie d'un corps simple pouvant se combiner chimiquement avec une autre. Il est généralement...) de la molécule (Une molécule est un assemblage chimique électriquement neutre d'au moins deux atomes, qui peut exister à l'état libre, et qui représente la...) thérapeutique (La thérapeutique (du grec therapeuein, soigner) est la partie de la médecine qui étudie et applique le traitement des maladies.) est remplacée par un radioisotope (Les radioisotopes, radionucléides ou radioéléments, contraction de radioactivité et d'isotope, sont des atomes dont le noyau est instable. Cette instabilité peut être due soit à un excès...): la molécule devient alors détectable et on peut suivre par imagerie (L’imagerie consiste d'abord en la fabrication et le commerce des images physiques qui représentent des êtres ou des choses. La...) son absorption ( En optique, l'absorption se réfère au processus par lequel l'énergie d'un photon est prise par une autre entité, par exemple, un atome qui fait une transition entre deux niveaux...), sa distribution, son métabolisme (Le métabolisme est l'ensemble des transformations moléculaires et énergétiques qui se déroulent de manière ininterrompue dans la cellule ou...) et son excrétion dans un organisme vivant (chez l'animal (Un animal (du latin animus, esprit, ou principe vital) est, selon la classification classique, un être vivant hétérotrophe, c’est-à-dire qu’il se nourrit de substances organiques. On réserve...) ou chez l'Homme). Les procédés de marquage actuels comportent de nombreuses étapes et génèrent beaucoup de déchets radioactifs. Comment imaginer un procédé plus rapide et moins polluant (Le polluant a pour définition la plus souvent retenue : un altéragène biologique, physique ou chimique, qui audelà d'un certain...) ?

Les chercheurs du SCBM et du NIMBE (CEA-IRAMIS) s'intéressent au marquage au carbone 14 (Le carbone 14 est un isotope radioactif du carbone, noté 14C.) (14C) de molécules thérapeutiques. Pour concevoir un nouveau procédé de marquage plus efficace, ils se sont inspirés de la nature. Leur modèle ? Une enzyme (Une enzyme est une molécule (protéine ou ARN dans le cas des ribozymes) permettant d'abaisser l'énergie d'activation d'une réaction et d'accélérer...) capable d'enlever réversiblement à son substrat une molécule de dioxyde carbone (CO2)[1]. Ils ont cherché les conditions expérimentales favorables à la catalyse (La catalyse est l'action d'une substance appelée catalyseur sur une transformation chimique dans le but de modifier sa vitesse de réaction. Le catalyseur, qui est en général en quantité beaucoup plus faible que les...) d'un échange d'une molécule de CO2 non marquée contre une molécule marquée dans des composés d'intérêt thérapeutique contenant un groupement carboxylique. Pour tester leur hypothèse en s'affranchissant de la gestion de déchets radioactifs, ils ont d'abord utilisé une source de gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et quasi-indépendants. Dans l’état gazeux, la matière n'a pas de...) CO2 marquée au carbone 13 ([13C]CO2), isotope (Le noyau d'un atome est constitué en première approche de protons et de neutrons. En physique nucléaire, deux atomes sont dits isotopes s'ils ont le même nombre de protons. Le nombre de protons dans le noyau d'un atome est désigné par le...) stable du carbone 12. Ils ont choisi le cuivre (Le cuivre est un élément chimique de symbole Cu et de numéro atomique 29. Le cuivre pur est plutôt mou, malléable, et présente...) comme catalyseur (En chimie, un catalyseur est une substance qui augmente la vitesse d'une réaction chimique ; il participe à la réaction mais il ne fait partie ni...) et joué sur plusieurs paramètres expérimentaux (température, solvant). Après deux heures (L'heure est une unité de mesure  :) de réaction, ils ont mesuré le taux d'échange isotopique par spectrométrie de masse (La spectrométrie de masse est une technique d'analyse chimique permettant de détecter et d'identifier des molécules d’intérêt par mesure de leur masse monoisotopique. De plus, la spectrométrie de masse permet de caractériser la...). Leurs résultats démontrent la faisabilité du procédé.

Pour aller plus loin, les scientifiques ont comparé pour plusieurs molécules d'intérêt thérapeutiques les rendements de marquage au 14C par leur procédé et par les méthodes actuelles. Résultat: leur procédé permet d'obtenir des activités plus importantes. Surtout, il présente l'énorme avantage de réduire considérablement la quantité (La quantité est un terme générique de la métrologie (compte, montant) ; un scalaire, vecteur, nombre d’objets ou d’une autre manière de dénommer la valeur...) de déchets radioactifs qui sont polluants et onéreux à s'en débarrasser. D'autres études sont programmées, notamment pour tester l'intérêt d'autres métaux catalyseurs.

Note:
[1] L'enzyme g-résorcylate décarboxylase transforme l'acide (Un acide est un composé chimique généralement défini par ses réactions avec un autre type de composé chimique complémentaire, les bases.) g-résorcylique en résorcinol


Références publication:
​- Dynamic carbon isotope exchange of pharmaceuticals with labeled CO2
G. Destro, O. Loreau, E. Marcon, F. Taran (Terme aéronautique russe, signifiant une victoire aérienne obtenue par un « abordage volontaire » en plein ciel.), T. Cantat and D. Audisio. | J. Am. Chem. Soc. 141 (2) (2019 ) 780
- Le fait marquant sur le site du CEA/Joliot: "Du CO2 et du cuivre pour marquer des produits pharmaceutiques au carbone".

Contact chercheur:
- Contact CEA/Joliot: Davide Odisio - SCBM/Laboratoire de Marquage au Carbone 14
- Contact CEA/Iramis: Thibault Cantat - NIMBE/LCMCE
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