Les scientifiques prévoient des médicaments plus purs et plus sûrs à l'aide de la «lumière tordue» et de la nanotechnologie

Dans une nouvelle étude où ils utilisent des structures à l'échelle nanométrique pour "tordre" la lumière afin qu'elle interagisse de manière unique avec la matière, les scientifiques montrent qu'ils peuvent distinguer les versions gauches et droitières d'une même molécule. Un tel mécanisme de détection pourrait contribuer à assurer une plus grande pureté et une plus grande sécurité des produits pharmaceutiques.

Ventsislav Valev et Jeremy Baumberg du Cavendish Laboratory de l'Université de Cambridge au Royaume-Uni, avec des collègues de centres de recherche belges et italiens, ont conçu le mécanisme de détection à l'aide de puissants lasers combinés à une surface dorée nanométrique.

Ils rapportent leur travail dans le journal Matériaux avancés.

"Ensemble, ces technologies pourraient contribuer à garantir que les nouveaux médicaments sont sûrs et purs", déclare le Dr Valev.

Avec certaines formes, l'image miroir est symétrique - si vous les mélangez, vous ne pouvez pas faire la différence entre une structure et son miroir "jumeau". Mais avec d'autres formes, par exemple nos mains, la gauche est une image miroir de la droite, mais elle ne correspond pas - votre main droite ne rentre pas dans votre gant gauche.

En chimie, cette "maîtrise" s'appelle la chiralité. La chiralité d'une molécule affecte son interaction avec son environnement, et différentes formes chirales d'une même molécule peuvent avoir des effets complètement différents.

La chiralité est importante dans le développement de médicaments, car il se peut que seule la version droite ou gauchère ait l'effet désiré.

L’exemple le plus connu de la chiralité qui met en évidence les effets secondaires indésirables est peut-être celui de la thalidomide, un médicament prescrit aux femmes enceintes dans les années 1950 et 1960.

Une forme chirale de thalidomide était efficace dans le traitement des nausées matinales en début de grossesse, mais l'autre forme empêchait une croissance saine du f?tus. Mais la drogue reçue par les patients contenait les deux formes et plus de 10 000 enfants dans le monde étaient nés avec des membres raccourcis ou manquants et d’autres défauts.

Ainsi, l'identification de la forme chirale correcte d'un médicament pourrait être cruciale. Des formes spécifiques se lient à des récepteurs cellulaires spécifiques, assurant ainsi la présence de la version chirale correcte qui détermine la pureté et l'efficacité du produit final. Mais le problème est que, quand un médicament est synthétisé, les deux formes chirales sont fabriquées en quantités égales.

Lasers, nanostructures d'or et lumière tordue pour sélectionner la chiralité des molécules

L'utilisation de faisceaux de lumière polarisée est l'un des moyens par lesquels les chimistes peuvent détecter différentes formes chirales de molécules. Différentes formes chirales de la même molécule tordent la lumière de différentes manières - produisant des "effets chiroptiques". Cependant, ceux-ci sont généralement très faibles.

Mais en utilisant des lasers puissants, les scientifiques peuvent produire des effets chiroptiques de génération de deuxièmes harmoniques, qui sont généralement trois fois plus forts. Et plus récemment, les scientifiques ont également développé une forme de lumière super-torsadée appelée "lumière superchirale" qui augmente les différents effets chiroptiques que produisent les versions gauche et droite des molécules chirales.

Dr. Valev et ses collègues ont fait un pas de plus vers des effets chiroptiques encore plus forts en trouvant un lien direct entre les équations fondamentales pour la lumière superchirale et SHG - une combinaison qui pourrait produire des effets remarquables. de médicaments.

Ils ont également amélioré la sensibilité en utilisant de minuscules structures en or - appelées nanostructures plasmoniques - qui concentrent la lumière sur les points chauds de leurs surfaces, où la lumière superchirale et le SHG combinent leurs effets.

Dans leur rapport d'étude, ils "mettent en évidence quatre stratégies différentes qui ont été utilisées pour obtenir des effets chiroptiques géants dans les nanostructures chirales".

Ils présentent également deux exemples de ce qu'ils décrivent comme des "commutateurs chiraux":

"Alors que dans le premier cas, la commutation de la chiralité de la lumière entrante provoque une inversion de la main dans les nanostructures, dans le second, la commutation de la manipulation des nanostructures provoque une inversion de la chiralité de la lumière sortante."

Dr. Valev dit: "En utilisant des nanostructures, des lasers et cette propriété unique de torsion de la lumière, nous pourrions détruire de manière sélective la forme indésirable de la molécule, tout en laissant la forme désirée intacte."

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