Vous êtes ici : Accueil > Entités de recherche > Médicaments et technologies po ... > Service de Chimie Bioorganique ... > Marquage par le tritium

Laboratoire | Chimie | Nanosciences | IRM | Imagerie médicale


LMT

Marquage par les isotopes de l'hydrogène (deutérium, tritium) & Matériaux

Publié le 11 mars 2020
Les thématiques de recherche du LMT :
  • Développement de nouvelles méthodes pour le marquage deutérium & tritium de molécules complexes par échange isotopique direct
  • Marquage de matériaux  (particules, plastiques, béton) et nano-objets par le tritium et étude des intéractions matériaux / tritium
  • Synthèse de fluorophores chiraux pour des dispositifs optiques / photoniques
Le laboratoire a été impliqué dans le projet Européen ISOTOPICS (ITN, 2016-2019) et est en charge de la coordination du projet Européen FLIX (FET-OPEN, 2020-2024).

Responsable d'équipe
Grégory Pieters

gregory.pieters@cea.fr
01.69.08.55.82

Equipe

Dr. Sophie Feuillastre (Chercheur)

Sébastien Garcia-Argote (Technicien Supérieur)
Dr. Bernard Rousseau (Conseiller Scientifique CEA)

Dr. Marion Daniel-Bertrand (Post-doctorant)
Dr. Valentina Marascu (Post-doctorant)
Dr. Timothée Naret (Post-doctorant)
Dr. Mickaël Payet (CDD, IRFM)
Dr. Laurélie Poulard (Post-doctorant)

Max Coehlo (Doctorant)
Lucas Frédéric (Doctorant)
Hugo Rubio (Doctorant)
Mykola Ialovega (Doctorant, IRFM)
Floriane Leblond (Doctorant, IRFM)





Equipe tritium 2019 @ LMT
Note : Pour toutes les nouvelles concernant le laboratoire et pour de plus amples descriptions, merci de consulter la version anglaise du site web.


Thématiques de recherche : Marquage isotopique & Matériaux

Développement de nouvelles méthodes de marquage au tritium par des nanoparticules de ruthénium et applications en biologie

Le marquage des molécules biologiques par le deutérium et le tritium requiert souvent le recours chronophage et dispendieux à des précurseurs permettant d’introduire plus ou moins efficacement le (radio)isotope sur des positions  prédéfinies. Afin de contourner cette difficulté souvent handicapante en biologie mais aussi pour l’innovation thérapeutique, nous nous sommes intéressés au développement de nouvelles méthodes de marquage par échange catalytique H/D et H/T. En collaboration notamment avec l’équipe du Dr. B. Chaudret et du Pr. R. Poteau à l’INSA Toulouse (CNRS/Univ. Paul Sabatier), l'étude de l'échange direct H/D et H/T par des nanoparticules de ruthénium a pu être initiée. Ces dernières présentent la capacité exceptionnelle de catalyse pour l’échange H/D sur divers composés aminés mais aussi soufrés dans des conditions très douces (1-2 atm, 20-55°C) dans différents solvants (organiques ou aqueux). Nos résultats, couplés à des simulations par DFT, indiquent que la réaction met en jeu un mécanisme de C‒H activation énantiospécifique tout à fait nouveau et suggèrent des applications innovantes en termes de fonctionnalisation tardive et économique de molécules organiques. Cette nouvelle stratégie a été appliquée au marquage stéréorétentif de divers composés biologiquement actifs : médicaments, aminoacides, peptides etc… Notre groupe maintient également un savoir-faire en termes de tritiation de molécules d’intérêt biologique par des voies plus classiques et assure diverses collaborations avec des partenaires académiques ou industriels.

Champ d'application pour les réactions de C-H deuteration / tritiation
©G. Pieters (CEA)

Collaborations 
- Académiques : Pr. P. Couvreur (Université Paris-Sud) / Dr. B. Chaurdet (INSA Toulouse) / Pr. R. Poteau (INSA Toulouse) / Dr. P. Lesot (Université Paris-Sud)
- Industrielles : Sanofi, Roche, Merck


M
ise au point d’une nouvelle méthode de résolution de la structure  de petites molécules en interaction dans des assemblages macromoléculaires

La détermination à l’échelle atomique de la structure de petites molécules en interaction avec des assemblages macromoléculaires (auto-assemblages, peptides membranaires, complexes ligands-macromolécule non cristallisés) est un prérequis à la compréhension de leur activité chimique et/ou biologique. Cependant, à l’heure actuelle, il n’existe pas de méthode efficace pour la résolution structurale de tels assemblages non cristallins. En collaboration avec les Dr. M. Paternostre (CNRS) et T. Charpentier (CEA), nous mettons au point une nouvelle stratégie combinant marquage au tritium, RMN solide du tritium (spin ½) et modélisation moléculaire. Ainsi, nous avons entrepris de déterminer la structure atomique du dipeptide Phe-Phe assemblé en nanotubes qui reste mystérieuse. La preuve de concept, reposant sur la mesure de distances tritium-tritium en RMN solide, a déjà été validée sur des petites molécules rigides et est en passe d’être confirmée sur le modèle dipeptidique cristallisé puisque les distances interatomiques mesurées par RMN sont identiques à celle déterminée par diffraction de rayons X. Cette méthode de cristallographie par RMN du tritium sera appliquée à la résolution structurale des nanotubes de Phe-Phe mais aussi à d’autres nano-objets impliqués dans des processus biologiques (peptides antibactériens, molécules anti-amyloïdes etc…).

 Collaborations 
- CEA : Dr. T. Charpentier, Dr. M. Paternostre, Dr. Y. Boulard 

 Détermination de structure 3D par mesure
de distances inter-tritiums © SCBM/CEA


Caractérisation de nano-diamants hydrogénés

Les nanodiamants sont des assemblages carbonés de taille nanométrique dont la réactivité est encore peu connue. De récentes études suggèrent qu’une fois hydrogénés, ils peuvent servir de plateformes pour la conception de nano-catalyseurs pour la chimie mais aussi de nanovecteurs pour le transport ciblé de molécules bioactives (par exemple anticancéreuses). De plus, les propriétés de fluorescence de certains nanodiamants laissent entrevoir des applications très intéressantes en matière d’imagerie diagnostique. Dans le cadre d’une collaboration avec les Dr. T. Charpentier et J-C. Arnault (CEA), nous étudions la réduction de nanodiamants bruts dans un plasma de tritium ou en conditions thermiques sous atmosphère de tritium  afin d’élucider leur chimie de surface (position et nombre des fonctions hydrogénées) par RMN solide du tritium.

Plasma de tritium généré par micro-ondes
pour la tritiation de nano-diamants.
© SCBM/CEA
 
Collaborations 
- CEA : Dr. J.C. Arnault, Dr. H. Girard, Dr. M. Mermoux, Dr. M. Schlegel


Obtention et étude des propriétés physicochimiques et de la  toxicité éventuelle de particules de tungstène tritiées

La mise en œuvre en 2025 du réacteur international ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor) implanté à Cadarache pour vérifier la faisabilité scientifique et technique de la  fusion thermonucléaire contrôlée comme nouvelle source d’énergie nécessite des recherches complémentaires. En effet, l’abrasion par le plasma des parois en tungstène du Tokamak va produire des particules de tungstène chargées en tritium. La capacité de ces particules à absorber le tritium et à le libérer ensuite demeure incertaine. En collaboration avec les équipes CEA du Dr. V. Mallard et du Dr. C. Grisolia participant au soutien du projet ITER, ainsi que les équipes Universitaires du Dr. D. Vrel (LSPM-Paris 13) et du Dr. G. Dinescu (NILPR-Bucarest) et du Dr. F. Gensdarmes (IRSN), nous avons entrepis d'étudier l’absorption et la libération du tritium gaz par différentes poudres de tungstène produites mécaniquement ou par abrasion laser et d'étudier leur (radio)toxicité sur des cultures de cellules pulmonaires. En absence de particules de référence, cette étude prospective est menée sur divers lots de poussières (30 nm à 3 mm).

 
Particules de tungstène
© SCBM/CEA

 Collaborations 
- CEA : Dr. C. Grisolia, Dr. V. Mallard
- Académiques : Dr. D. Vrel (LSPM-Paris 13), Dr. G. Dinescu (NILPR, Bucarest), Dr. F. Gensdarmes (IRSN)

Développement de fluorophores chiraux pour des dispositifs optiques / photoniques

La découverte et le développement de nouvelles molécules ayant des propriétés de fluorescence retardée (aussi appelées molécules TADF pour Thermally Activated Delayed Fluorescence) et d'émission de lumière circulairement polarisée (ou CPL pour Circularly Polarized Luminesce) est cruciale pour l'émergence de nouveaux dispositifs optiques de haute performance. La fluorescence retardée confère aux molécules la propriété de récupérer à la fois les excitons singulets et triplets pour l'émission de lumière via un croisement inter-système inverse résultant d'une faible différence énergétique entre les états singulets et triplets de la molécule. Récemment, de nombreux groupes de recherche se sont intéressés à cette propriété, notamment pour le développement de diodes électroluminescentes organiques (OLED) possédant de très bonnes efficacités. Par ailleurs, la conception de petites molécules organiques (SOM pour Small Organic Molecules) possédant des propriétés d'émission de lumière circulairement polarisée est un challenge pour les chimistes organiciens. En effet, seul un nombre limité de petites molécules organiques possèdent ce type de propriété avec un haut facteur de dissymétrie (glum) tout en conservant un rendement quantique (φF) exploitable. De plus, ces molécules chirales sont, d'une manière générale, obtenues après de nombreuses étapes de synthèse et nécessitent une séparation via HPLC chirale restreignant les possibilités d'applications. De ce fait, un accès rapide, facile et modulable à de nouvelles molécules possédant des propriétés TADF et CPL est primordial pour exploiter leur potentiel technologique.

Notre équipe a commencé à travailler sur cette thématique en 2015 et étudie actuellement la relation entre la structure et les propriétés afin d'améliorer les propriétés d'émission de lumière circulairement polarisée. 

 
Structure d'une molécule TADF / CPL et photographie d'un dispositif OLED
© SCBM & LETI (CEA)

 Collaborations 
- CEA : Dr. E. Quesnel, Dr. B. Racine
- Académiques : Dr. L. Favereau (ISCR, Université de Rennes), Dr. G. Clavier (PPSM, ENS Paris-Saclay), Dr. D. Tondelier (Ecole Polytechnique), Pr. G. Muller (San Jose States University)