Un nouvel effet photonique pourrait accélérer le développement de médicaments

Les semi-conducteurs torsadés à l'échelle nanométrique manipulent la lumière d'une nouvelle manière. Cet effet pourrait être exploité pour accélérer la découverte et le développement de médicaments vitaux ainsi que de technologies photoniques.

L'effet photonique pourrait aider à permettre le développement et le criblage rapides de nouveaux antibiotiques et d'autres médicaments grâce à l'automatisation - essentiellement, des chimistes robotiques. Il offre un nouvel outil d'analyse pour le criblage à haut débit, une méthode pour analyser de vastes bibliothèques de composés chimiques. Un petit échantillon de chaque composé remplit un puits sur une microplaque. Les puits peuvent être aussi petits qu'un millimètre cube, et une assiette de la taille d'une barre de chocolat peut en contenir un millier.

L'une des mesures clés dans l'analyse des médicaments est la chiralité, ou la manière dont la molécule se tord. Les systèmes biologiques, y compris le corps humain, préfèrent généralement une direction à l'autre, une boucle à droite ou à gauche. Au mieux, une molécule médicamenteuse avec la mauvaise torsion ne fait rien, mais au pire, elle peut causer des dommages. L'effet découvert par les chercheurs permet de mesurer la chiralité dans des volumes 10 000 fois plus petits qu'un millimètre cube.

"Les petits volumes possibles pour l'enregistrement de ces effets sont la propriété révolutionnaire qui permet aux chercheurs d'utiliser de très petites quantités de médicaments coûteux et de collecter des milliers de fois plus de données", a déclaré Nicholas Kotov, professeur de sciences chimiques et d'ingénierie à l'Université de Michigan.

La méthode repose sur une structure inspirée des conceptions biologiques, développée dans le laboratoire de Kotov. Le tellurure de cadmium, un semi-conducteur couramment utilisé dans les cellules solaires, est façonné en nanoparticules ressemblant à de courts segments de ruban torsadé. Ceux-ci s'assemblent en hélices, imitant la façon dont les protéines s'assemblent.

Étant éclairées par une lumière rouge, les petites hélices semi-conductrices génèrent une nouvelle lumière bleue et torsadée. La lumière bleue est également émise dans une direction spécifique, ce qui facilite sa collecte et son analyse. Le trio d'effets optiques inhabituels réduit considérablement le bruit que d'autres molécules et particules à l'échelle nanométrique peuvent causer dans les fluides biologiques.

Pour utiliser ces effets dans le criblage à haut débit pour la découverte de médicaments, les nanoparticules s'assemblant en hélices peuvent être mélangées avec un médicament candidat. Lorsque les nanohélices forment une structure de verrouillage et de clé avec le médicament, simulant la cible du médicament, la torsion des nanohélices changera de façon spectaculaire. Ce changement de torsion peut être mesuré à travers la lumière bleue.