De la chimie dans l’eau, pour une recherche écologique

Interview de Wilfried Braje, Ph.D., chercheur chez AbbVie, qui utilise une technologie pour obtenir des réactions chimiques en utilisant moins d'énergie et en produisant moins de déchets.

Wilfried Braje, Ph.D., chercheur chez AbbVie.

Faire évoluer une technique utilisée depuis 150 ans

Pour réduire notre impact environnemental, il y a les gestes aujourd’hui largement répandus et connus : utiliser moins de plastique pour protéger les océans, par exemple. Mais d’autres mesures plus techniques, mais tout aussi importantes, sont mises en place chaque jour pour limiter les déchets. Chez AbbVie, c’est notamment dans nos laboratoires que nous cherchons à diminuer notre impact écologique. Par exemple en faisant évoluer un système de création de réactions chimiques vieux de plus d’un siècle.

« Réduire l’impact sur l’environnement devrait être une deuxième nature chez les scientifiques, en particulier ceux dont le travail vise à améliorer la vie des patients », explique Wilfried Braje, Ph.D., chercheur chez AbbVie.

Quelle fierté ce fut pour lui et ses collègues chercheurs des laboratoires d’AbbVie à Ludwigshafen, en Allemagne, lorsqu’ils découvrirent une technologie permettant d'améliorer de façon significative une variante déjà révolutionnaire d’une méthode scientifique datant de 150 ans. Le scientifique nous explique comment l’utilisation de l’eau, solvant préféré de la nature, peut s'avérer bénéfique pour l’environnement tout en contribuant à accélérer la recherche scientifique.

Pourquoi la chimie doit-elle devenir plus écologique ?

Wilfried Braje, Ph.D. : Lorsque je raconte à mes amis ce que je fais, je leur explique que je me vois comme un « cuisinier de la science » et que le laboratoire est comme ma cuisine. De la même manière, lorsque vous faites un gâteau, vous rassemblez divers ingrédients tels que l'huile, le sucre et la farine, et vous observez ensuite comment ils réagissent les uns avec les autres à la cuisson.

En Chimie, et pour vulgariser, c’est un peu le même principe. Nous essayons de déterminer si les bons ingrédients sont réunis pour obtenir un candidat-médicament éventuel issu d’une réaction chimique. Depuis plus de 150 ans, les chercheurs appliquent ces « recettes » pour obtenir des réactions chimiques en utilisant des solvants organiques, dérivés d’huiles minérales. Ces recherches à base de solvants organiques permettent de nombreuses réactions utilisées pour développer des médicaments révolutionnaires. Néanmoins, l’inconvénient d’utiliser ces solvants organiques est qu’ils sont coûteux, toxiques et souvent inflammables.

Comment votre équipe a-t-elle amélioré ce procédé ?

WB : Notre approche s’inspire du « père fondateur » de la chimie dans l’eau, le Professeur Bruce H. Lipshutz, qui dirigeait une équipe de chercheurs à l’Université de Californie à Santa Barbara. Ces derniers, ont réussi à obtenir, dans l’eau à l’aide de nanomicelles (structure globulaire d'environ 5 à 100nm de diamètre[1]), plusieurs réactions chimiques nécessaires à la production de substances actives à usage pharmaceutique, qui jusqu’alors étaient obtenus avec des solvants organiques nocifs. Un procédé qui ne génère théoriquement aucun déchet. En 2014, j'ai lu des comptes rendus de leurs travaux et je suis entré en contact avec le Professeur Lipshutz. Dix-huit mois plus tard, notre équipe a mis au point sa propre technologie pour réaliser très efficacement des réactions chimiques dans l’eau.
 
Notre technologie améliore de façon significative la méthode initiale de chimie dans l’eau à l’aide d’un additif alimentaire inoffensif. La totalité des matières premières utilisées pour la réaction est solubilisée dans l’eau. Comme avec le procédé original du groupe de Lipshutz, cela ne génère que très peu de déchets.

Cela nécessite également moins d'énergie. Notre technologie permet de passer de réactions à base de solvants organiques nécessitant une température de 130 °C à des réactions qui s’amorcent à température ambiante.

Comment avez-vous fait cette découverte ?

WB : Notre équipe n’oubliera jamais ce moment.  Deux chercheuses de l'équipe, Tanja Lindner et Johanna Klee, étaient parvenues à de nombreuses réactions chimiques pour un projet en neurosciences. En utilisant un nouvel additif, nous avons rapidement constaté que la réaction qui nécessitait auparavant plusieurs heures ne prenait désormais qu’une minute. Nous arrivions à peine à y croire. Nous avons répété cette expérience spécifique trois fois pour nous convaincre que c'était vrai.  Elles ont eu des ampoules sur les mains à force de prélever autant d'échantillons en si peu de temps en vue des analyses. 

Depuis, nous continuons de découvrir de nouveaux aspects de cette méthode pour poursuivre le développement et étendre les applications de cette technologie à de nombreuses autres réactions chimiques. 

Tanja Lindner et Johanna Klee sont chercheuses chez AbbVie et font partie de l'équipe de Wilfried.

En plus de produire moins de déchets, la chimie dans l’eau a-t-elle d'autres avantages ?

WB : Les réactions chimiques sont significativement plus efficaces. Elles nécessitent des températures moins élevées et moins d'énergie mais, de façon assez incroyable, les temps de réaction sont beaucoup plus courts.  Ce qui nous prenait plus de 12 heures auparavant peut désormais être fait en quelques minutes, voire secondes. L’ensemble de ces facteurs permet au final de développer plus rapidement des médicaments potentiels pour les patients tout en mobilisant moins de ressources. Autre avantage, nous arrivons à obtenir de nouvelles réactions chimiques qui ne se produisaient pas jusqu’ici malgré l’utilisation de technologies de pointe. Pour ces nouvelles réactions, nous sommes en mesure de passer plus rapidement à la phase de production suivante ou de tout recommencer avec une autre « recette ».

En réalité, même si nous sommes très heureux d’avoir pu améliorer le procédé, les réactions chimiques dans l’eau ne sont pas une nouveauté. Si on y pense, le corps humain se compose d’environ 37.000 milliards de cellules dans lesquelles se produisent à chaque seconde des millions de réactions chimiques. Depuis des milliards d'années, l’eau constitue le solvant de prédilection de la nature et nous ne faisons que tirer parti de cette approche naturelle.
 

Quelles sont les prochaines étapes pour la technologie de chimie dans l’eau d’AbbVie ?

WB : Notre équipe poursuit sa collaboration avec d'autres partenaires universitaires pour encourager le secteur à privilégier des approches plus écologiques. Je sais que le mouvement prend de l’ampleur et que cette technologie suscitera sans aucun doute l’intérêt de la prochaine génération de chercheurs en raison de son efficacité.

Pour un projet de recherche en oncologie, j'ai pu voir des réactions se produire dans l’eau alors même qu’elles avaient échoué dans des solvants organiques au cours de la préparation d’une substance active. Ces résultats sont sans précédent dans beaucoup de cas. Alors, pour nous, il n’est pas question de faire machine arrière.

1 News Medical_What are Nanomicelles?_Gaea Marelle Miranda, M.Sc

FR-ABBV-190117 – 05/2019