Effet photonique révolutionnaire accélère le développement de médicaments

Des semi-conducteurs nanométriques tordus manipulent la lumière d'une nouvelle manière. Cet effet pourrait être exploité pour accélérer la découverte et le développement de médicaments vitaux ainsi que des technologies photoniques.

L'effet photonique pourrait aider à permettre le développement rapide et le criblage de nouveaux antibiotiques et autres médicaments par 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 minuscule échantillon de chaque composé remplit un puits sur une microplaques. Les puits peuvent être aussi petits qu'un millimètre cube, et une plaque de la taille d'une barre de chocolat peut en contenir mille.

L'une des mesures clés dans l'analyse des médicaments est la chiralité, ou la façon dont la molécule se tord. Les systèmes biologiques, y compris le corps humain, préfèrent généralement une direction plutôt que l'autre, une boucle droite ou gauche. Au mieux, une molécule de médicament 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 du Michigan.

La méthode repose sur une structure inspirée par 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 tordu. Ceux-ci s'assemblent en hélices, imitant la façon dont les protéines s'assemblent.

Illuminés par une lumière rouge, les petites hélices de semi-conducteurs génèrent une nouvelle lumière qui est bleue et tordue. La lumière bleue est également émise dans une direction spécifique, ce qui la rend facile à collecter et à analyser. La trifecta d'effets optiques inhabituels réduit considérablement le bruit que d'autres molécules et particules nanométriques dans les fluides biologiques peuvent causer.

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