Section 12 Architectures moléculaires : synthèses, mécanismes et propriétés

II. Molécules par et pour le vivant

Parmi les architectures moléculaires au cœur des centres d'intérêt de la section 12, les molécules relevant du vivant représentent une préoccupation essentielle d'un bon nombre d'acteurs de la recherche attachés à cette section. Cette thématique se caractérise par une dualité intrinsèque, à savoir les molécules pour comprendre le vivant et les molécules inspirées du vivant.

Ces molécules d'intérêt se déclinent dans diverses séries incluant soit les bio-macromolécules, leurs constituants et spécificités structurales (saccharides, lipides, acides aminés et peptides, acides nucléiques naturels ou modifiés et oligonucléotides), soit les molécules naturelles (alcaloïdes, terpènes, macrocycles...). Les travaux effectués dans ce domaine ont pour objectif le développement de nouvelles méthodes chimiques permettant d'accéder à des entités valorisables dans le domaine de l'interface chimie-biologie. Ces activités sont étroitement liées à nombre de thématiques constituant les contours de cette section (en particulier la synthèse totale et le développement de méthodes de synthèse organiques dédiées, les matériaux biocompatibles, la synthèse écocompatible...). Certaines stratégies de synthèse de molécules naturelles sont bio-inspirées ce qui permet d'enrichir la diversité chimique. Réciproquement de nouvelles méthodes de synthèse s'appuient sur l'utilisation naturelle ou non d'entités issues du vivant (enzymes, acides aminés, sucres, acides nucléiques). De manière complémentaire, le recours à des matières premières biosourcées, pour le développement d'arborescences de composés chimiques, valorise des ressources jusqu'alors inexploitées. Cela représente un enjeu majeur dont les résultats contribueront au caractère durable de la chimie organique dans un futur post-pétrochimique.

Dans un cadre particulièrement associé au domaine du vivant, il est essentiel de citer :

(a) Les innovations dans le domaine de la vectorisation des molécules bioactives, à savoir les nouveaux vecteurs macromoléculaires, supramoléculaires et systèmes auto-organisés (dendrimères, liposomes, polymères...). Ce domaine nécessite des méthodes de synthèse robustes afin d'accéder rapidement aux vecteurs chimiques dont la caractérisation et les propriétés nécessitent également des compétences en physico-chimie, un champ disciplinaire relevant aussi de la section 12. En outre, ces composés de synthèse complexes doivent être biocompatibles puisque leur utilisation finale cible le vivant.

(b) La mise au point de méthodes pratiques reposant sur la compréhension fine des mécanismes moléculaires pour établir de nouveaux outils pour l'imagerie. Ceux-ci pourront ensuite donner accès à une visualisation des interactions moléculaires, permettant d'appréhender la complexité des phénomènes biologiques par leur déconvolution en systèmes chimiques simples. La multimodalité (imagerie nucléaire, imagerie optique, imagerie magnétique) apparaît comme une quête importante et, par-delà le dogme, elle doit s'inscrire dans un continuum allant de la molécule au corps entier en passant par la cellule. Le couplage d'applications diagnostiques et thérapeutiques est également un aspect dont l'expansion est souhaitable. Ces développements donnent aux chimistes une place centrale pour l'intégration de l'ensemble des paramètres requis pour le marquage de molécules d'intérêt biologique (faible taille, solubilité en milieu physiologique, fonctions de greffage, etc.).

(c) Le développement de nouveaux matériaux pour étudier le vivant tels que les architectures supramoléculaires (études de modèles de systèmes biologiques) ou les biopuces dont la spécificité est associée aux cibles et dont la généralisation est un prérequis à la mise au point de méthodes de criblages. Par ailleurs, le développement de nouveaux systèmes moléculaires pour la production et le stockage de l'énergie sont également en partie inspirés des milieux vivants, couplant les propriétés de composants organiques et d'un cœur métallique.

Ici encore l'exploitation de ressources biosourcées renouvelables apparaît comme un élément indispensable pour le développement durable de systèmes énergétiques innovants.

(d) La chimie du fluor. Cet élément chimique est aujourd'hui incontournable en sciences de la vie, voire même de notre vie quotidienne. On considère actuellement qu'environ la moitié des molécules agrochimiques et le quart des molécules pharmaceutiques contiennent au moins un atome de fluor. Plusieurs centaines de milliers de molécules contenant au moins un atome de fluor ont été répertoriées et trouvent des applications par exemple en : i) médecine et pharmacologie (neuroleptiques, anticancéreux, antibiotiques, anti-inflammatoires, anesthésiques, anti-dépresseurs, transporteurs d'oxygène et substituts du surfactant pulmonaire) ; ii) en imagerie médicale et radiomarquage (tomographie par émission de positrons (TEP), échosonographie).

En France, dans le sillage d'Henri Moissan (1er prix Nobel français), les recherches dans le domaine de la chimie du fluor ont toujours été très soutenues tant au sein des sociétés industrielles que dans le monde académique. Cette recherche fondamentale en France est portée par un large réseau, le GIS Fluor (réseau français du fluor : http://www.reseau-fluor.fr), créé au début des années 2000 et soutenu par le CNRS. Une quarantaine de laboratoires français de référence dans différents domaines liés à la chimie du fluor (synthèse organique, matériaux inorganiques, polymères et surface, médicaments, nouvelles technologies) en sont membres. L'implication de grandes entreprises françaises permet de lui donner un éclairage tout particulier. Sa principale mission dans le domaine de la chimie du fluor et des composés fluorés est d'identifier des orientations scientifiques claires pouvant avoir un impact sociétal important, notamment en termes de santé publique et, in fine, de recommander aux organismes de recherche la mise en place et le développement de travaux interdisciplinaires, en fonction des enjeux technologiques et économiques décelés.

(e) La Chimiothèque Nationale. Celle-ci est dédiée à la valorisation scientifique et industrielle dans les domaines pharmaceutiques et phytosanitaires, des produits de synthèse et extraits naturels des laboratoires qui en sont membres. Elle permet d'identifier le patrimoine des laboratoires et de mettre en exergue leur potentiel. Dans un contexte social et économique difficile, valoriser les produits de la synthèse et les extraits naturels des laboratoires est devenu une nécessité.

La Chimiothèque Nationale, créée en 2003, réunit et relie quarante-deux établissements de recherche et d'enseignement supérieur dont l'unité de Gestion de la Chimiothèque Nationale est l'instrument opérationnel. La Chimiothèque Nationale se situe au centre du lien entre les chimistes organiciens, les biologistes, les chémoinformaticiens et les industriels. L'activité inventive des membres de la section a permis d'enrichir la collection de la Chimiothèque Nationale qui regroupe 54 454 composés répertoriés, dont 42 240 composés en plaque et 14 514 extraits naturels.

Les multiples criblages des substances de la Chimiothèque Nationale ont permis de valoriser les collections des laboratoires membres, par la publication de plus d'une centaine d'articles, d'une vingtaine de brevets dont six sous licence, la création de sept sociétés et l'arrivée d'une molécule en phase clinique 2 (maladie d'Alzheimer).

Les recherches relevant des molécules par et pour le vivant, au sein de la section 12, visent à apporter des outils moléculaires innovants permettant de comprendre l'origine et la nature des phénomènes biologiques, offrant ainsi de nouvelles approches et perspectives. C'est un point important car l'implication dans la compréhension du vivant ne place aucunement la chimie au service de la biologie. Le rôle du chimiste dans le développement de systèmes moléculaires est capital puisqu'il est le seul à pouvoir établir et engager les voies de synthèses. Il est évident que ce domaine de recherche est profitable aux participants uniquement s'il s'enrichit d'échanges réciproques entre les chimistes, les biologistes et/ou les physico-chimistes. Les membres de la section 12 impliqués dans ce domaine sont la charnière indispensable et doivent rester une force de proposition.