Nouveau chiral fluorescent

Les complexes récepteurs à base de cyclodextrine et d'acide monoboronique présentent une excellente sélectivité chirale du D-glucose, ouvrant la voie à un diagnostic amélioré du diabète

Université Sophie

image : Des chercheurs japonais ont développé des complexes à base de γ‑cyclodextrine et d'acide monoboronique fluorescent – ​​1F/γ-CyD et 2N/γ-CyD – qui présentent une excellente sensibilité, sélectivité et sélectivité chirale pour la détection du D-glucose.Voir plus

Crédit : Takashi Hayashita de l'Université de Sophia

Le diabète sucré, simplement appelé diabète, est un trouble métabolique caractérisé par la présence de concentrations anormalement élevées de glucose dans le sang. Les méthodes existantes de diagnostic du diabète reposent sur des techniques traditionnelles de détection du glucose dans des échantillons de sérum sanguin, un processus généralement fastidieux et coûteux. La reconnaissance moléculaire est la science qui consiste à détecter avec précision des composés spécifiques en exploitant leurs propriétés de liaison. Ici, une molécule réceptrice – une sorte de capteur – se lie sélectivement à une molécule cible. Ce processus déclenche une réaction, par exemple un changement de fluorescence. En conséquence, la cible est détectée. Les capteurs chimiques, les polymères spécialisés et certaines techniques de catalyse fonctionnent sur ce principe.

Malgré les progrès réalisés dans la reconnaissance moléculaire au fil des décennies, le développement de récepteurs permettant de détecter des molécules chirales (ou asymétriques) reste un défi. La chiralité se traduit par des paires énantiomères, qui sont des « images miroir » non superposables de la même molécule. Ils ont des propriétés physiques et chimiques identiques mais des fonctions biologiques différentes. Leurs structures similaires les rendent difficiles à distinguer les uns des autres. Par conséquent, les chercheurs doivent recourir à des techniques complexes et coûteuses, telles que la chromatographie liquide haute performance, pour les distinguer.

Dans cette optique, un groupe de chercheurs, dont le professeur Takashi Hayashita et le Dr Yota Suzuki du Département des matériaux et des sciences de la vie de l'Université de Sophia, ont conçu une toute nouvelle méthode de reconnaissance de fluorescence pour détecter le D-glucose, un monosaccharide chiral, dans eau. Leurs travaux ont été mis en ligne le 20 décembre 2022 et publiés dans le volume 8, numéro 1 d'ACS Sensors le 27 janvier 2023.

Le Dr Hayashita décrit la motivation derrière la recherche. « La plupart des approches de conception de capteurs chimiques de D-glucose nécessitent des synthèses complexes, ont souvent une faible solubilité dans l’eau et ont parfois une mauvaise sélectivité. Par conséquent, un nouveau mécanisme de détection a été développé.

Les chercheurs ont développé un complexe composé de γ-cyclodextrine (γ-CyD), qui possède une cavité qui fournit un microenvironnement hydrophobe pour encapsuler spontanément des composés hydrophobes dans un environnement aqueux. Ils ont ensuite synthétisé facilement deux types de récepteurs simples hydrophobes fluorescents à base d’acide monoboronique : un récepteur à base d’acide 3-fluorophénylboronique (1F) et un récepteur à base d’acide pyridylboronique (2N). Ils ont attaché deux molécules de l’un ou l’autre récepteur au γ-CyD. Les complexes d'inclusion résultants (1F/γ-CyD ou 2N/γ-CyD) formaient un fragment acide pseudo-diboronique qui reconnaissait sélectivement le D-glucose dans l'eau sur ses deux sites. Cela a fortement amélioré la fluorescence de la solution. En revanche, seule une faible fluorescence a été observée pour neuf autres saccharides testés, notamment le D-fructose, le D-galactose et le D-mannose, qui étaient des saccharides typiques contenus dans le sang. 1F/γ-CyD et 2N/γ-CyD ont augmenté la fluorescence de 2,0 et 6,3 fois, respectivement, pour le D-glucose, par rapport à son énantiomère L-glucose. « Au meilleur de nos connaissances, le 2N/γ-CyD possède la sélectivité D/L la plus élevée parmi les autres récepteurs fluorescents à base de molécules d'acide diboronique signalés », explique le Dr Suzuki.

Les chercheurs ont étudié ce phénomène plus en détail grâce à des études de résonance spectrale et magnétique nucléaire du dichroïsme circulaire induit. Ils ont découvert qu’une molécule de D-glucose relie les deux molécules d’acide monoboronique. Il rigidifie la structure complexe et améliore la fluorescence. Dans le cas des saccharides non glucose, deux molécules différentes se lient aux deux sites du fragment acide pseudo-diboronique. De ce fait, la fluorescence reste faible.