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Ancien lauréat
Bourse commémorative E.W.R. Steacie de 2008

Dennis Hall

Chimie

University of Alberta


Dennis Hall
Dennis Hall

Aujourd’hui, les chimistes peuvent fabriquer pratiquement n’importe quelle molécule qu’ils veulent. Le véritable défi, selon le chimiste organicien Dennis Hall, est d’arriver à déterminer quelle molécule sera utile à une fin précise, puis de trouver un moyen de la produire efficacement.

Les chimistes peuvent aborder de deux façons le problème de la conception d’une molécule utile. Dans certains cas, ils savent exactement le type de structure qui fonctionnera et entreprennent sa fabrication. Dans d’autres cas, ils savent seulement que les meilleurs candidats font partie d’une certaine catégorie de produits chimiques; il vaut mieux alors produire de nombreuses variations dans l’espoir que l’une d’elles fera l’affaire.

M. Hall a axé ses efforts sur une famille de composés appelés acides et esters boroniques dans le cadre d’un programme de recherche diversifié qui pourrait avoir des applications dans une gamme de domaines, de la médecine aux procédés industriels. « Ces molécules m’ont intéressé en raison de leur polyvalence, déclare t il. Ce sont des molécules " touche à tout ". » Œuvrant dans un domaine hautement concurrentiel, il a découvert de nouvelles façons avantageuses d’utiliser ces composés tout en apportant des contributions théoriques majeures. La Bourse commémorative E.W.R Steacie que le CRSNG lui a accordée en 2008 l’aidera à poursuivre et à approfondir ces travaux.

Les acides boroniques, qui sont composés de bore, un élément semi métallique, ont été négligés longtemps, parce qu’il existait d’autres composés qui pouvaient remplir les mêmes fonctions. Cette situation a commencé à changer à la fin des années 1970, et ce changement s’est accéléré au cours de la dernière décennie. Comparativement à d’autres composés semi métalliques, la relativement faible toxicité des acides boroniques représente un avantage. Ils peuvent contribuer à une vaste gamme de réactions et former des liaisons covalentes – des liaisons où il y a partage de paires d’électrons – avec de nombreux composés organiques oxygénés et azotés. Habituellement, les liaisons covalentes sont très solides, mais dans le cas des acides boroniques, elles peuvent être inversées par l’ajout d’eau, une caractéristique unique que M. Hall a tournée à son avantage.

M. Hall a récemment découvert que certains acides boroniques sont de bons catalyseurs pour former des amides (des composés importants dont l’une des fonctions est de lier les peptides, qui à leur tour forment les protéines). Les amides sont présents dans plus d’un quart des médicaments, mais les méthodes traditionnelles utilisées pour les fabriquer sont complexes et produisent beaucoup de déchets, dont certains sont toxiques. En revanche, la technique de M. Hall peut être utilisée facilement à la température de la pièce et ne génère que de l’eau comme sous produit. Le processus est tellement simple que M. Hall pense qu’il pourrait même donner des indices sur les origines de la vie en montrant comment les amino acides se sont liés au début pour former des protéines en présence d’un acide borique.

Les travaux de M. Hall sur les acides boroniques ont contribué aux efforts déployés pour rendre la chimie plus écologique en accroissant l’efficacité des processus chimiques et en produisant moins de déchets. « Parfois, on obtient les mêmes composés que ceux qui sont formés avec d’autres éléments, mais ça vaut vraiment la peine de se servir du bore, parce qu’il est moins toxique », déclare-t-il.

M. Hall utilise abondamment une puissante branche de la chimie appelée la chimie combinatoire ou la « combichimie ». En chimie combinatoire, on utilise des outils et des processus qui permettent de créer et d’évaluer des bibliothèques (de vastes collections) de molécules connexes, au lieu de les concevoir une à la fois en utilisant la méthode essais-erreurs. L’industrie pharmaceutique a beaucoup recours à la chimie combinatoire pour mettre au point des médicaments.

La chimie combinatoire s’est révélée très utile récemment dans le cadre des travaux faisant appel au boroxole – une sous catégorie des acides boroniques – pour résoudre un problème auquel les scientifiques se butaient jusqu’à maintenant : créer des molécules qui peuvent se fixer aux sucres complexes qui forment la couche extérieure des cellules en fonction de leur « glycosignature ».

« Il est très difficile de concevoir des récepteurs synthétiques ou de petites molécules qui peuvent se fixer aux sucres qui se trouvent sur des cellules, d’expliquer M. Hall. Nous voudrions combiner les boroxoles qui se fixent aux sucres à d’autres molécules telles que les peptides et constituer des bibliothèques de différentes molécules ayant diverses formes et structures, puis repérer celles qui pourraient convenir aux hydrates de carbone de la surface des cellules qui sont importants sur le plan biologique. »

L’une des principales cibles de ces « anticorps synthétiques » est le disaccharide appelé antigène T, qui constitue l’un des moyens qu’utilise l’organisme pour signaler des cellules cancéreuses et qui est présent dans 90 p. 100 des cas de cancer chez les humains. La création d’une molécule synthétique qui se fixerait précisément à l’antigène T pourrait s’avérer une percée importante dans le dépistage du cancer. Elle pourrait même contribuer à la libération ciblée de médicaments à l’emplacement de la tumeur.

Comme il est difficile d’extraire les acides boroniques de l’eau, l’équipe de recherche de M. Hall a dû élaborer des techniques pour synthétiser de façon fiable des bibliothèques entières de composés. Elle a utilisé la technique de la synthèse en phase solide, où le composé désiré adhère à de minuscules grains de résine. Toutes les autres substances peuvent alors être facilement éliminées par simple filtration, ce qui permet de conserver uniquement le composé cible. En modifiant la composition de la résine, on peut adapter le composé qui s’y fixera.

M. Hall et son équipe n’ont que l’embarras du choix des problèmes auxquels s’attaquer à l’avenir! Mais ce qui est certain, c’est que l’un de ces acides boroniques hautement polyvalents fera partie de la solution.