Looking for a chemical reaction

Il faut que ça réagisse!

Pour réduire les effets nocifs des substances chimiques sur l'humain et l'environnement, une chercheuse de l'Université d'Ottawa a mis au point des méthodes uniques qui font réagir... les produits chimiques
1 novembre 2004
À première vue, Deryn Fogg ressemble à tous les autres environnementalistes. Elle s'inquiète des répercussions négatives des pesticides, des herbicides et des autres produits chimiques toxiques sur sa santé, qui lui tient à cœur, et sur la nature, qu'elle adore.
 

Qu'est-ce qui la différencie donc de l'environnementaliste moyen qui tente d'éliminer les produits chimiques de sa vie ? D. Fogg est professeure agrégée au Département de chimie de l'Université d'Ottawa. Cela veut dire qu'elle consacre la majeure partie de ses journées à travailler avec des produits chimiques — et parfois avec ceux-là mêmes qui inquiètent tant les environnementalistes.

Dans un tel contexte, comment D. Fogg concilie-t-elle ses préoccupations environnementales et sa vie professionnelle ? C'est simple. Elle est une adepte de ce qu'on appelle la chimie « verte ».

Dans le cadre de ses recherches, D. Fogg a recours à la science de la « catalyse ». La catalyse est le processus de création des catalyseurs, ces corps qui favorisent les réactions chimiques (mais qui ne sont pas touchés par elles). À l'avant-garde des travaux menés au Centre de recherche et d'innovation en catalyse (CRIC) de l'Université d'Ottawa, la chercheuse met au point de nouveaux catalyseurs afin de lier des molécules asymétriques, créant ainsi de toutes nouvelles entités. Elle peut ainsi contrôler de façon plus précise les réactions chimiques en faisant en sorte que certaines molécules effectuent leurs tâches avec plus de précision, sans perte d'énergie. Et le plus beau dans tout cela, c'est qu'aucun sous-produit nocif ne découle de cette approche.

« La catalyse est en soi une technologie verte, explique D. Fogg. En utilisant un catalyseur dans une réaction chimique, on diminue les besoins en énergie. On réduit aussi les déchets, tout en se donnant les moyens de produire des molécules qui peuvent avoir des effets bénéfiques pour la population, celles qui entrent dans la fabrication des produits pharmaceutiques, par exemple. »

Beaucoup de médicaments conventionnels ont une propriété qu'on appelle la « chiralité ». Quand nous prenons un médicament pour traiter une maladie, les molécules de ce médicament doivent adhérer aux récepteurs de nos cellules pour interagir avec elles et, ainsi, faire leur travail. Or, les récepteurs (ou les protéines) de nos cellules ont une direction : ils sont « gauchers » ou « droitiers ». Par conséquent, si les molécules du médicament administré forment un mélange de chiralité droite et gauche, seulement une partie de ces molécules — les gauchères ou les droitières — interagira efficacement avec les récepteurs de notre corps. C'est parce qu'une seule « direction » du médicament correspondra à la direction de nos récepteurs. Malheureusement, les méthodes conventionnelles de synthèse des médicaments créent des molécules qui sont un mélange des deux chiralités. Cela signifie que, dans le meilleur des cas, 50 % des substances qui composent les médicaments que nous prenons ne sont que du lest. Non seulement n'ont-elles pas l'effet thérapeutique escompté, mais elles exercent aussi une charge indésirable sur les reins et le foie.

« Dans le pire des scénarios, il peut y avoir des effets secondaires », affirme D. Fogg. Elle cite en exemple la thalidomide, un médicament d'ordonnance qui était prescrit aux femmes enceintes dans les années 1950 et 1960 pour apaiser les nausées matinales. Une « direction » de la thalidomide offrait l'effet sédatif désiré tandis que l'autre, la « mauvaise » direction de la molécule, causait des anomalies congénitales.

D. Fogg et son groupe conçoivent des molécules catalytiques qui sont soit gauchères, soit droitières. Cela permettra aux chimistes de synthétiser une seule « chiralité » d'un médicament. « Nous pouvons ainsi mettre au point des médicaments de façon plus rentable tout en réduisant les effets secondaires, explique D. Fogg. Je crois que généralement nous craignons les effets secondaires lorsque nous prenons une pilule. Dans une certaine mesure, nous savons qu'il y a un prix à payer. Il s'agit donc d'éliminer ce prix à payer pour quelque chose qui, de toute façon, ne nous fait aucun bien au point de départ. »

Retombées

La catalyse est au cœur de la plupart des grandes activités industrielles du monde — du raffinement de pétrole à la production de produits chimiques, de la réparation des dommages causés à l'environnement à la fabrication des produits pharmaceutiques et des plastiques. En fait, les catalyseurs sont employés dans plus de 90 % des processus chimiques. Comme l'industrie chimique mondiale est évaluée à près de 1 billion de dollars annuellement, même des innovations modestes peuvent représenter d'importantes retombés économiques.

À l'Université d'Ottawa, la chimiste Deryn Fogg et son équipe mettent au point de nouveaux catalyseurs qui permettent de simplifier la synthèse de composés organiques complexes. Le premier, nommé catalyseur Fogg-Conrad en l'honneur de la chercheuse et de l'un de ses étudiants de troisième cycle, repose sur le ruthénium, un métal précieux. Ce catalyseur favorise la liaison des molécules de carbone entre elles comme, par exemple dans les produits pharmaceutiques. Avant même que D. Fogg ne publie un article décrivant son nouveau catalyseur, des entreprises de partout dans le monde se disaient intéressées à l'utiliser dans leurs laboratoires.

La durabilité compte parmi les raisons qui rendent le catalyseur Fogg-Conrad si intéressant pour l'industrie. Comme les catalyseurs sont constitués à partir de métaux précieux, leur production est coûteuse. Habituellement, un catalyseur ne peut favoriser la liaison que d'une centaine de molécules avant de se désactiver. Comme le catalyseur de D. Fogg peut favoriser la liaison de quelque 40 000 molécules, les économies sont de taille pour l'industrie.

Si on arrivait, grâce à ces nouveaux catalyseurs, à mettre au point une nouvelle génération de médicaments présentant moins d'effets secondaires, les retombées pourraient se chiffrer en milliards de dollars pour l'industrie canadienne. Une telle innovation aurait aussi des répercussions majeures sur le secteur pharmaceutique au pays.

Partenaires

À l'Institut de l'œil de l'Université d'Ottawa, la biologiste May Griffith travaille avec la chimiste Deryn Fogg à la création de cornées artificielles.

La biologiste cherche à mettre au point un substitut artificiel du tissu vivant et non à créer une simple prothèse. Grâce à l'aide de la chimiste, elle y est presque.

Au Centre de recherche et d'innovation en catalyse (CRIC), où D. Fogg est directrice associée, les chercheurs font ce que May Griffith appelle de la « chimie très sophistiquée ». Ils peuvent concevoir des molécules uniques ayant des propriétés tout aussi uniques, et parvenir à des résultats que la biologiste ne peut obtenir avec des matériaux en vente libre. Son équipe, par exemple, éprouvait de la difficulté avec le collagène utilisé pour recréer le « squelette » ou la structure qui entoure la cornée artificielle. Grâce au catalyseur de D. Fogg, elle a pu renforcer ce collagène.

« Deryn Fogg est en mesure de reproduire la structure de protéines naturelles, ou de glucides, explique M. Griffith. Grâce à ce procédé d'imitation, on crée un matériau « furtif », que le système immunitaire et les cellules sont incapables de détecter comme étant étranger. »

Cette innovation permettra d'éviter le rejet des cornées artificielles par le corps. Il s'agit d'un progrès fondamental dans un secteur où l'on pourrait éventuellement avoir à répondre aux besoins de 10 millions de personnes en attente d'une greffe de cornée. Tout cela grâce à un partenariat entre chimistes et biologistes rendu possible par la proximité des deux chercheuses et les ressources mises à leur disposition à l'Université d'Ottawa.