2011 Année de la Chimie à l'IRAMIS
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Le dossier "Chimie à l'IRAMIS " au format PDF
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La chimie occupe une place centrale dans les questions de santé et d’environnement, en particulier sur les sujets qui font la une de l’actualité comme la lutte contre la pollution (dépollution, procédés moins polluants), la recherche de nouveaux traitements (meilleurs diagnostics, nouveaux médicaments) ou l’étude toxicologique des produits chimiques anciens et nouveaux (règlementation REACH). Les chercheurs de l’IRAMIS ne sont pas en reste sur ces questions comme le montre les exemples ci-dessous. |
- Toxicologie des nanoparticules
- Nouveaux outils contre le cancer
- Capteurs Chimiques
- De l’eau potable grâce aux nanotubes de carbone
- Des analyses expérimentales sous laser pour améliorer la modélisation moléculaire
Illustration de nanoparticules fonctionnalisées avec un agent de ciblage et d’imagerie pour l'angiogenèse tumorale , ainsi que son interaction sur les récepteurs cellulaires des cellules endothéliales.
Une tumeur maligne, ou cancer, comme les tissus sains, nécessite de l’oxygène et des nutriments pour sa croissance. Pour cela, la tumeur induit la formation de nouveaux vaisseaux sanguins à partir de vaisseaux présents dans le tissu sain avoisinant. Une fois formés, ces vaisseaux facilitent non seulement la croissance de la tumeur, mais aussi la dissémination de cellules cancéreuses vers d’autres organes distants (métastases). Ce processus aussi appelé angiogenèse tumorale, est devenue une cible thérapeutique de première importance pour le traitement du cancer notamment.
Des chercheurs de l’IRAMIS en partenariat avec leurs collègues des Universités de Bordeaux ont développés des molécules permettant de cibler certaines voies d’activation et d’enzymes impliquées dans les différentes étapes de l’angiogenèse tumorale. Certaines d’entre elles ont d’ailleurs présenté des résultats prometteurs pour la thérapie. Ces nouveaux vecteurs biologiques ont également été utilisés pour le transport ciblé de capsules de polymères capables de transporter des médicaments ou des agents de contraste pour l’imagerie médicale in vivo. Ils sont aussi utilisés pour le diagnostic in vitro comme par exemple la mesure de l’activité d’enzymes clés dans les processus d’angiogénèse.
L’utilisation d’une réaction sélective au sein d’une matrice nanoporeuse, et associée à une détection optique, permet la détection rapide, sensible et bon marché des gaz cibles.
La surveillance de la qualité de l’air, enjeu majeur pour l’environnement et la santé, nécessite de détecter de très faibles teneurs en composés chimiques. A l’heure actuelle, il n’existe pas d’appareil de mesure permettant une surveillance directe qui soit à la fois sélectif, sensible, rapide et peu coûteux.
Ce constat nous a amenés à proposer des capteurs chimiques qui reposent sur une stratégie à trois composantes : l’utilisation de matériaux nanoporeux, dont la taille de pores contrôlée permet le piégeage sélectif des polluants-cible ; le dopage de ces matériaux avec des molécules-sondes, capables de réagir spécifiquement avec le polluant-cible conduit à une sélectivité élevée ; enfin, une détection optique directe assure une réponse rapide du capteur. Cette stratégie s’est révélée remarquablement efficace pour la détection de polluants de l’air comme le formaldéhyde, le chlore ou le trifluorure de bore. Des brevets ont été déposés et ont conduit à la création d’une entreprise innovante, Ethera1, pour le développement d’appareils de mesure de la contamination de l’air ambiant dans l’industrie ou chez les particuliers.
1Communiqué : "Amélioration de la qualité de l’air intérieur : la société ETHERA primée par le Concours national d’aide à la création d’entreprises de technologies innovantes "
La modélisation moléculaire est aujourd’hui un des outils principaux de recherche de nouveaux médicaments. En effet, l’étude biologique d’une maladie permet d’identifier les protéines du pathogène ou du corps humain impliquées dans la maladie. On modélise la structure de ces protéines numériquement et on peut ainsi rechercher les meilleures structures chimiques capables de s’y associer et de modifier leur comportement, avant de les synthétiser et de les tester. Les outils de modélisation, soit par les méthodes de chimie quantique soit par des calculs plus empiriques ajustés sur des grandeurs expérimentales (méthodes dites de "champ de force" basées sur potentiels interatomiques paramétrés), doivent donc être très fiables. Il est cependant difficile de les tester pour les améliorer car on manque de données de base, directement comparables avec les prédictions des modèles.
Les chercheurs de l’IRAMIS ont mis au point une technique expérimentale de caractérisation par laser de petites molécules isolées en phase gazeuse, et l’ont appliquée aux peptides, c'est-à-dire de courts segments de protéine de quelques acides aminés. Cette méthode de préparation originale en absence de solvant facilite la comparaison avec les approches théoriques. On peut ainsi observer expérimentalement les formes prévues par les calculs théoriques, ce qui constitue un test sévère pour les algorithmes.
Une modélisation plus fiable des peptides et des protéines devient ainsi possible, ce qui doit permettre à terme d’améliorer les performances des outils de simulation des protéines, tant pour leur structure que pour leur comportement dynamique.
Références :
- Fait marquant IRAMIS oct. 2010 : Synergie expérience-théorie pour la simulation du repliement des protéines
- Gas-Phase Folding of a Two-Residue Model Peptide Chain: On the Importance of an Interplay between Experiment and Theory,
E. Gloaguen, B. de Courcy, J.-P. Piquemal, J. Pilm, O. Parisel, R. Pollet, H. S. Biswal, F. Piuzzi, B. Tardivel, M. Broquier and M. Mons, J. Am. Chem. Soc. 13 (2010) 11860.
Illustration de la compétition entre formes étendue (en haut) et repliée (en bas) d’un petit peptide, identifiées par leur spectre infrarouge par comparaison avec leur spectre simulé (bâtons). La prédominance des formes étendues (A) par rapport aux formes repliées (B), ainsi mise en évidence, n’est convenablement décrite que par les modèles les plus récents.
