Des chercheurs du CEA viennent de mettre au point une nouvelle approche pour découvrir des réactions chimiques inédites. Basée sur la miniaturisation des expériences et sur l’utilisation d’une nouvelle technique de criblage à haut débit, cette approche donne désormais la possibilité aux chercheurs d’effectuer jusqu’à 1000 expériences par jour contre une seule auparavant, et a ainsi conduit à la découverte de deux nouvelles réactions chimiques.
Ces résultats constituent une première mondiale avec cette technologie. Ils ouvrent des perspectives dans de nombreux domaines de la chimie mais également de la biologie avec la découverte de combinaisons chimiques utiles pour la recherche fondamentale et pour le développement d’applications, notamment en imagerie ou en nano-biotechnologies. Ces résultats viennent d’être publiés en ligne par la revue Angewandte Chemie International Edition.
En chimie organique, l’identification de nouvelles réactions chimiques, thématique de recherche fondamentale majeure, permet d’envisager la construction de nouvelles molécules pour diverses applications. Afin de les mettre en évidence, les chercheurs utilisent classiquement une approche rationnelle qui consiste à mélanger des molécules conçues pour réagir ensemble et former un nouveau produit. Cependant, la part qu’occupe le hasard dans le processus de découverte n’est pas à négliger, l’histoire de la chimie étant riche de découvertes purement fortuites (découverte du Nylon, de la pénicilline, du Téflon, de colorants, etc.).
Partant du constat simple que la probabilité de découverte augmente avec le nombre d’expériences réalisées, des chercheurs du CEA ont mis au point une nouvelle approche basée sur la miniaturisation des expériences et sur l’utilisation d’une nouvelle technique de criblage rapide à haut débit, capable d’identifier parmi des milliers de combinaisons chimiques celles générant des produits d’intérêt. Le procédé développé consiste à réaliser les expériences chimiques avec de très faibles quantités de réactifs sur une plaque de 96 puits, puis à analyser les milieux réactionnels grâce à un test rapide utilisant des anticorps spécifiques capables de détecter tout produit de couplage. Les chercheurs ont ainsi réalisé le criblage, ou sélection, de milliers de réactions chimiques, mettant chacune en jeux deux fonctions chimiques, en présence d’un métal, tel que le cuivre, le palladium ou l’or, pouvant jouer le rôle de catalyseur.
La miniaturisation leur a permis de travailler sur de très petits volumes, de l’ordre du microlitre, et d’augmenter le haut débit du criblage, effectuant ainsi jusqu’à 1000 expériences par jour. Cette nouvelle démarche est basée sur le principe de « hasard forcé » (« forced serendipity » en anglais), ou encore un speed-dating forcené qui favorise la découverte de nouvelles réactions chimiques. Ce travail démontre qu’il est possible d’accélérer le processus de découverte en combinant conception, miniaturisation des expérimentations et criblage haut débit.
Ainsi, grâce à leur nouvelle approche, les chercheurs du CEA ont découvert deux réactions chimiques inédites : une réaction de désulfurisation et une réaction de cyclisation impliquant toutes les deux le cuivre comme métal catalyseur. Ces résultats constituent une première mondiale avec cette technologie. Ils correspondent à la première phase d’un vaste programme de recherche consacré à l’identification de nouvelles réactions chimiques. L’objectif est notamment la mise en évidence de réactions accessibles et utiles aux biologistes, aussi bien pour la recherche fondamentale que pour le développement de nouveaux outils chimiques dont les applications vont de l’imagerie aux nano-biotechnologies.
