La chimie thérapeutique a pour mission la découverte de nouveaux médicaments. Mais de la molécule au médicament la route est longue - de 10 à 15 ans -,  périlleuse - 95 à 99% d’échecs -  et coûteuse - de l’ordre du milliard d’euros -. Le dialogue doit être constant entre les chimistes, les biologistes, les physiciens, les cliniciens et les industriels de la santé.La chimie est une discipline précieuse pour comprendre les mécanismes biologiques. Le couplage de la compréhension des mécanismes cellulaires avec une véritable ingénierie moléculaire a permis des progrès spectaculaires pour améliorer le traitement des maladies sévères. L’innovation est difficile dans ce domaine et fait appel à de nouvelles voies telles que la génomique, l’extension du recours aux biomolécules naturelles, notamment celles présentes dans les systèmes vivants, et l’approfondissement de nouvelles méthodes de recherche (méthodes de calcul prédictives, chimie combinatoire…).

Page précédente
Mots-clés : recherche, productivité, intelligence artificielle, design

L’histoire de la découverte de nombreux médicaments fait état d’observations inattendues, d’erreurs qui ont engendré des résultats positifs, d’exploitations de phénomènes et de produits naturels qui ont été modulés ensuite par des processus de transformation chimique longs et fastidieux.

Dans les dernières décennies, la productivité de la recherche pharmaceutique a été grandement améliorée grâce à une meilleure connaissance des processus biologiques responsables du développement de maladies mais aussi des propriétés de drugabilité qu’il est nécessaire de respecter pour pouvoir tester les nouveaux principes actifs dans des modèles pharmacologiques précliniques, chez les patient.es et proposer un nouveau traitement thérapeutique qui soit efficace et bien toléré.

Le processus de la recherche de nouveaux médicaments est désormais très complexe car de nombreux tests doivent être réalisés afin de satisfaire au cahier des charges requis pour la mise en développement. Ainsi des milliers voir des millions de données sont générés au grès des différents projets et capturées dans des bases de données internes voir publiques.

Aujourd’hui, nous utilisons les grandes capacités de calcul d’ordinateurs, des algorithmes d’intelligence artificielle et de machine learning de plus en plus performants (prédictifs) pour analyser ce grand volume de données et d’informations disponibles pour designer plus rapidement des meilleurs candidats au développement clinique. Chez Sanofi, l’émergence de l’intelligence artificielle au profit des projets de recherche se fait grâce à des développements internes (thèses, formations) mais également via des collaborations avec des acteurs majeurs dans le domaine.

 

Vidéo de la conférence (durée : 21:19)

Auteur(s) : Laurent SCHIO | Responsable France de la plateforme de recherche IDD – Sanofi
Source : Colloque Chimie et Intelligence Artificielle, 8 février 2023
Page précédente
Mots-clés : intelligence artificielle, chimie

Les approches in silico exploitant l'énorme potentiel de l'Intelligence Artificielle (IA) sont de plus en plus utilisées par les chimistes dans leurs travaux de recherche, qu'il s'agisse de guider la synthèse chimique, d'optimiser les paramètres d’une expérience ou d'accélérer la découverte de médicaments, pour ne citer que quelques applications très différentes. Développées à l'origine pour améliorer l'exploration de l'espace chimique (moléculaire) et apporter des réponses plus rapides aux problèmes chimiques étudiés, l'IA et les techniques connexes commencent à impulser activement la recherche et le développement en Chimie. Dans cet exposé, nous décrirons les succès (et certains échecs) de l'application de l'IA à des domaines propres à la Chimie, de la Chimie organique à la Chimie médicinale. En particulier, nous tenterons de répondre à certaines questions récurrentes concernant non seulement la robustesse et la fiabilité des approches d'IA, mais aussi leur rôle dans les développements à venir et leur interaction avec la Chimie « traditionnelle », expérimentale ou non.

Vidéo de la conférence (durée : 24:06)

Auteur(s) : Carlo ADAMO | Directeur Institute of Chemistry for Life and Health Sciences (i-CLeHS) – Chimie ParisTech
Source : Colloque Chimie et Intelligence Artificielle, 8 février 2023
Page précédente

Chimie et intelligence artificielle : Présentation du colloque

De nos jours, les nouvelles technologies permettent de générer des données et de les stocker dans des supercalculateurs. À l’aide d’algorithmes, on peut les trier et les interpréter plus vite qu’il n’est humainement possible pour prendre des décisions complexes. Le but de l’intelligence artificielle (IA) est de permettre à des ordinateurs de penser et d’agir comme le feraient des humains. De nouvelles puissances et infrastructures de calcul permettent de disposer des masses de données sans précédent, le « Machine Learning » et le « Deep Learning » les interprètent pour des tâches aussi complexes qu’innovantes.

L’intelligence artificielle est un sujet d’actualité dont la mise en application touche tous les domaines de l’industrie, de la recherche et de notre vie quotidienne. Bien que déjà présente dans la R&D, l’IA est encore pratiquement ignorée de la majorité des chimistes, n’apparaissant dans l’enseignement au niveau supérieur que depuis peu alors que tout le monde est convaincu de la place qu’elle est en train de se créer. Nous souhaitons donc présenter dans ce colloque un nouveau domaine en développement non seulement dans la recherche universitaire et industrielle, mais aussi dans l’enseignement indispensable pour préparer l’avenir.

Pour cela nous avons fait appel d’une part, aux experts universitaires et industriels des principaux domaines d’utilisation dans lesquels chimie et IA sont associés, d’autre part, aux enseignants chercheurs des établissements d’enseignement supérieur qui ont mis en place des formations initiales et continues dans cette nouvelle spécialité.

Ce Colloque est ouvert sur inscription à un large public avec une attention particulière aux jeunes et à leurs enseignants. Pour que ce colloque puisse être accessible au plus grand nombre, il sera diffusé sur la chaine You Tube de Mediachimie.

Le niveau se veut accessible à tous pour permettre un large débat.

Danièle Olivier et Jean-Claude Bernier
Co-Présidents du Comité d’Organisation

 

Chimie et intelligence artificielle : Le colloque dans son intégralité

 

Télécharger l'ouvrage intégral Chimie et intelligence artificielle en PDF - 26144 Ko

 

Chimie et intelligence artificielle : Conférence par conférence

Conférences plénières d’ouverture
Animateur : Philippe GŒBEL | Président de la Fondation internationale de la Maison de la Chimie

- Concepts d’IA et Machine Learning ; utilisation en chimie ; les méthodes d’IA comme nouveau langage
François Xavier COUDERT | Directeur de recherche CNRS, Professeur attaché ENS – Université PSL
voir la vidéo et le résumé | le chapitre en PDF
- L’Intelligence Artificielle comme moteur dans la recherche en chimie
Carlo ADAMO | Directeur Institute of Chemistry for Life and Health Sciences (i-CLeHS) – Chimie ParisTech
voir la vidéo et le résumé | le chapitre en PDF

Table Ronde : Intelligence Artificielle et Industrie
Animateur : Marc J. LEDOUX | DRCE Émérite du CNRS

- IA et parfumerie cosmétique, nouvelles expériences client et réduction du time to market
Julien ROMESTANT | Directeur intelligence économique – Cosmetic Valley
voir la vidéo et le résumé | le chapitre en PDF
- Transition énergétique et technologies numériques : comment la donnée est utilisée pour la stratégie multi-énergies de TotalEnergies
Michel LUTZ | Chief Data Officer et Digital Factory Head of Data, Chercheur-associé au LIMOS (Laboratoire d’Informatique, de Modélisation et d’Optimisation des Systèmes) – TotalEnergies
voir la vidéo | le chapitre en PDF
- De la sérendipité à l’intelligence artificielle en recherche pharmaceutique
Laurent SCHIO | Responsable France de la plateforme de recherche IDD – Sanofi
voir la vidéo et le résumé | le chapitre en PDF
- Un laboratoire connecté pour accélérer l’innovation en chimie
Amandine CUENCA | Manager d’équipe de Recherche – Solvay Laboratoire du Futur, Bordeaux
voir le résumé | prochainement en ligne : le chapitre en PDF

SESSION I | Formation et Recherche
Animateur : Nicole J. MOREAU | Ancien professeur ENSCP et ancien Président IUPAC

- Présentation de la Majeure Chimie@IA de l’ECPM – Description de l’apport de l’IA pour la préparation et la caractérisation des matériaux pour la santé
Sylvie BÉGIN-COLIN | Ancienne directrice ECPM-Université de Strasbourg (2014-2021), Institut de Physique et Chimie des Matériaux de Strasbourg, UMR 7504, CNRS-Unistra - Loïc JERRY, ECPM-Université de Strasbourg, Institut Charles Sadron, UPR CNRS 22
voir la vidéo et le résumé | le chapitre en PDF
- L’expérience d’ONDALYS dans la formation continue aux outils opérationnels de la Chimiométrie et du Machine Learning
Sébastien PREYS | Chef de Projets Data Science - ONDALYS
voir la vidéo et le résumé | le chapitre en PDF
- Intelligence Artificielle et nouvelles approches méthodologiques pour la maîtrise des risques industriels
Guillaume FAYET | Responsable Études et Recherche, INERIS
voir la vidéo et le résumé | le chapitre en PDF

SESSION II | Intelligence Artificielle et Matériaux Innovants
Animateur : Jean-Claude BERNIER | Professeur Émérite de l’Université de Strasbourg

- Le projet DIADEME : accélérer la découverte de nouveaux matériaux grâce à l’IA
Mario MAGLIONE | Directeur de Recherches CNRS ICMCB Bordeaux, co-pilote du PEPR DIADEM. Frédéric SCHUSTER, CEA, co-pilote du PEPR DIADEM – Alexandre LEGRIS, Université de Lille, DAS Institut de Chimie du CNRS
voir la vidéo et le résumé | le chapitre en PDF
- Informatique des matériaux : comment combiner la puissance des calculs ab initio à haut débit et l’intelligence artificielle ?
Gian Marco RIGNANESE | Université Catholique de Louvain, Belgique
voir la vidéo et le résumé | le chapitre en PDF
- Intelligence artificielle et alliages réels : vers une conception computationnelle et responsable
Stéphane GORSSE | Maitre de conférences, Université Bordeaux, CNRS, Bordeaux INP, ICMCB, UMR 5026
voir la vidéo et le résumé | prochainement en ligne : le chapitre en PDF

Conférence Plénière de clôture
Animateur : Daniele OLIVIER | Vice-Présidente de la Fondation internationale de la Maison de la Chimie

- Intelligence artificielle pour la science et l’industrie
Cédric VILLANI | Université Lyon I, Institut des Hautes Études Scientifiques, Bures-sur-Yvette
voir la vidéo et le résumé | le chapitre en PDF
Page précédente
Mots-clés : conservation des aliments, transformations chimiques, microorganismes, hygiène alimentaire, histoire des sciences

Les fermentations font partie de notre quotidien, sans même qu’on y prête attention. Elles sont notamment indispensables à la production d’aliments comme le pain, le fromage, les yaourts, le vinaigre ou le vin. Dans ce projet, nous vous proposons un nouveau regard sur la question des fermentations. L’aspect historique a de nombreuses vertus. La première est de créer un contexte passionnant, riche en personnages notables (Louis Pasteur, ses assistants, ses adversaires, mais aussi l’empereur Napoléon III, l’industriel Louis Bigo…). La seconde est de mettre en lumière la manière dont la science fonctionne, comment la connaissance scientifique est produite, et les liens entre science et société. Le travail de recherche de Pasteur était interdisciplinaire, avec une dominante expérimentale forte et un aller-retour permanent entre théorie et pratique. Nous proposons aux élèves et à leurs enseignants de vivre une expérience similaire.

Cycle 3 – Sciences et technologie
Matière, mouvement, énergie, information :

· Décrire les états et la constitution de la matière à l’échelle macroscopique – Réaliser des mélanges peut provoquer des transformations de la matière.
Le vivant, sa diversité et les fonctions qui le caractérisent
· Expliquer les besoins variables en aliments de l’être humain ; l’origine et les techniques mises en œuvre pour transformer et conserver les aliments
Se situer dans l’espace et dans le temps
Education aux médias et à l’information

Notions et contenus : conservation des aliments, transformations chimiques, microorganismes, hygiène alimentaire, histoire des sciences

  • Séquence 1 : L’univers de Pasteur
  • Séquence 2 : La fermentation avant Pasteur
  • Séquence 3 : L’intuition de Pasteur
  • Séquence 4 : Pasteur démasque le coupable
  • Séquence 5 : Le grand oral de Pasteur

Séquence : Pasteur et les fermentations - cycle 3 (lien externe)

Formez-vous avec le tutorial suivant :

Tutoriel : Pasteur : fermentations (lien externe)

 

Sur les terres de Louis Pasteur - Éclairage historique

 

Pasteur et le concept de fermentation - Éclairage scientifique

Auteur(s) : Mathieu Farina, Fatima Rahmoun
Source : La main à la pâte en partenariat avec La Fondation de la Maison de la Chimie et Mediachimie
Page précédente
Mots-clés : synthétique, artificiel, nature, espèce chimique, principe actif, toxicité, dose, vinblastine, vincristine, vinorelbine, navelbine©, anti-cancéreux

Les deux adjectifs Naturel et Chimique sont très souvent mis en opposition, le chimique étant rejeté et le naturel préféré. Partant des réponses à une question posée sur les réseaux sociaux, cette vidéo a pour objectif de réconcilier ces deux approches à partir d’exemples choisis majoritairement dans la pharmacopée.

La vidéo se divise en 4 chapitres :

  • Origine naturelle, synthétique ou artificielle d’une espèce chimique. Une définition des termes permet de lever toute ambiguïté. Toutes les molécules qu’elles soient naturelles ou synthétiques sont chimiques !
  • Lien ou non entre l’origine, la toxicité, et la dose. Des exemples permettent d’illustrer pourquoi Il faut se méfier des idées reçues et fausses concernant les produits naturels ou synthétiques.
  • Chercher les espèces chimiques dans la nature. De nombreux médicaments sont issus de la nature et les chimistes s’en inspirent. La nature et la chimie ne s’excluent pas, elles se complètent.
  • Quand le chimiste fait mieux que mère Nature. Cet épisode raconte comment des molécules extraites des feuilles de la pervenche de Madagascar, plante tropicale endémique récoltée, ont donné naissance à des principes actifs anticancéreux dont la vinorelbine, ayant conduit à un médicament commercialisé sous le nom de Navelbine©.

Il est possible d’accéder directement à chacun des chapitres à partir des informations données en fin de description de la vidéo.

Auteur(s) : Raphaël Blareau et Françoise Brénon. Production : Association LABOXYGENE, Fondation de la Maison de la chimie
Page précédente
Mots-clés : chimie de synthèse, biologie de synthèse, biologie des systèmes, bio-production, origines de la vie, métagénomique

Quel domaine récent de la science nous amènera les bienfaits suivants durant la première moitié du XXIe siècle ?

  • Une nouvelle génération de médicaments et vaccins permettra une médecine mieux ciblée et plus personnalisée et réactive.
  • Des méthodes améliorées permettront de régénérer ou greffer nos organes malades ou blessés, sans problème de compatibilité.
  • Une part de l’énergie qui nous chauffera et nous transportera viendra de biocarburants fabriqués à partir de résidus agricoles et ménagers.
  • Les végétariens par choix philosophique auront la possibilité de consommer une viande de synthèse agréable de goût et de texture, évitant ainsi des régimes parfois insatisfaisants sur le plan diététique.

Réponse : la biologie de synthèse.

Auteur(s) : François Képès
Page précédente
Mots-clés : agriculture durable, terminale, grand oral

En sélectionnant les espèces animales et végétales, l’Homme inventa l’agriculture pour se nourrir. Depuis, des progrès considérables ont été réalisés dans la compréhension du fonctionnement de la faune et de la flore. D’après un rapport récent publié par l’Organisation des Nations Unies pour l’alimentation et l’agriculture (F.A.O.), basée à Rome (Italie), il faudrait, pour nourrir une population mondiale estimée à 9,7 milliards d’êtres humains en 2050, produire entre 40 et 54 % de plus de nourriture, d’aliments pour animaux et de matières premières de biocarburants qu’en 2012. Pour y parvenir, l’Homme peut-il se passer de la chimie ?

 

Problématique :

  • Comment la chimie a révolutionné l’agriculture ?
  • Quels sont les objectifs de l’agriculture durable ?
  • Quels sont les défis de la chimie pour l’agriculture ?

Des pistes sont également proposées pour un projet professionnel en lien avec la problématique.

Auteur(s) : Éric Bausson, en collaboration avec les équipes métiers/orientation de Mediachimie : Françoise Brénon et Gérard Roussel
Source : Dossier réalisé par les Éditions Nathan en partenariat avec La Fondation de la Maison de la Chimie et Mediachimie
Page précédente
Mots-clés : AVC, polymères hydrophiles, PLA, PNIPAAM, PNIPAM, PEG, copolymère bloc, riluzole

On dénombre 14 millions d’accidents vasculaires cérébraux (AVC) par an dans le monde ! L’implantation de matériaux biocompatibles pour libérer des molécules pharmacologiques directement dans le cerveau permet alors de reconstruire des tissus. Or les hydrogels sont des réseaux 3D de chaînes polymériques réticulés gonflés en eau jusqu’à 80-90 % en eau. Ils sont injectables car liquides à la température corporelle ; de plus ils sont dégradables, non toxiques et peuvent être chargés en molécules thérapeutiques. Le polymère utilisé est un copolymère bloc entre le PLA (acide polylactique pour le caractère hydrosoluble), le PNIPAM (poly(N-isopropylacrylamide) pour le caractère injectable) et le PEG (polyéthylène glycol pour la prise en eau) ; il y a autoassemblage à température ordinaire avec un cœur hydrophobe de PLA et une couronne hydrophile de PNIPAM et de PEG. Ce gel peut solubiliser à la fois des produits hydrophiles et hydrophobes : ainsi le riluzole, introduit dans le gel qui, injecté dans le cerveau, inhibe la libération de glutamate toxique pour les neurones. Les essais cliniques sont encore au tout début du processus.

Accédez au texte original (lien externe)

Auteur(s) : Didier Gigmes, Thomas Trimaille et Vincent Pertici
Source : L’Actualité chimique n° 451 (mai 2020) pp. 63-64
Page précédente
Mots-clés : santé publique, insecticide, citronellal, thymol, safrole, eugénol, camphre, eucalyptol

La prolifération des moustiques tigres est devenue un problème de santé publique avec les risques des maladies de la dengue et du chikungunya. Les insecticides trop toxiques sont parfois remplacés par des huiles essentielles certes répulsives mais lorsqu’elles sont utilisées à des doses trop fortes conduisent souvent à des allergies. Par exemple l’huile essentielle citronnée à base de citronellal est irritante pour la peau et aussi allergène. L’huile essentielle de thym donne des brûlures cutanées, elle est agressive pour les muqueuses buccales et dangereuse pour les abeilles ! L’auteure donne 28 références toutes utiles pour un bon usage des huiles essentielles au service d’une « intelligence écologique ».

Accédez au texte original (lien externe)

Auteur(s) : Claude Grison et Alexandre Moderc
Source : L’Actualité chimique n° 438-439 (mars-avril 2010) pp. 14-17
Page précédente
Mots-clés : insuline, diabète, génie génétique, protéine recombinante, histoire, procédés

Voilà 100 ans, le 11 janvier 1922, que pour la première fois un enfant de 14 ans en coma diabétique reçut une injection d’un extrait de pancréas (et donc d’insuline) ; il fut sauvé et survécu 13 ans avec des injections régulières d’insuline.

Quel est le rôle de l’insuline ?

L’insuline est une hormone (i), secrétée par le pancréas, dès que la glycémie (taux de glucose dans le sang) dépasse un seuil. Cette sécrétion favorise un retour de la glycémie à une valeur de base. Son absence ou sa sécrétion insuffisante est responsable des divers types de diabète.

Quelle est la structure de l’insuline ?

L’insuline est une protéine. Sa structure a été décrite en 1955 par Frederick Sanger (ii) et représentée en 3 D par Dorothy Hodgkin (iii) en 1969.

De formule brute C257H383N65O77S6, sa masse molaire vaut 5807 g.mol-1. La structure de l’insuline est complexe. Un premier brin appelé chaine A contient 21 acides aminés (acides aminés notés aa par la suite). Un deuxième brin appelé chaine B contient 30 aa. Ces 2 chaines sont reliées entre elles par 2 ponts disulfures (S-S) entre 2 cystéines de A et 2 cystéines de B. Il existe aussi un pont S-S interne entre deux cystéines de la chaine A. L’ensemble des 2 chaines forme un monomère. Voir image ci-dessous.

Insuline humaine : enchainement des acides aminés et ponts disulfures. Image réalisée par Lydie Amann

Trois dimères se forment grâce à des liaisons hydrogènes entre des aa des chaines terminales de B et sont assemblés entre eux via des interactions avec deux ions Zn(II). L’insuline a donc une structure hexamère.

Insuline humaine et animale

La structure de l’insuline est particulière à l’espèce, mais celles de l’homme, du porc et du bœuf sont très voisines.

L’insuline humaine est différente de l’insuline porcine juste par un aa de la chaine B en position 30. Celle du bœuf diffère en plus par 2 aa de la chaine A en positions 8 et 10.

Les premières insulines administrées aux diabétiques insulino-dépendants

Elles sont extraites de pancréas de bœuf ou de porc, mise en solution acide (pH = 3) et malheureusement imparfaitement purifiées. Le patient doit avoir 3 ou 4 injections par jour. Les impuretés et la différence structurelle de ces insulines sont responsables de réactions locales ou d’allergies. Ainsi, de 1922 jusqu’en 1999 (en France) les diabétiques ont pu recevoir des insulines extraites du porc et du bœuf. Depuis les années 80, les insulines reçues par les diabétiques ont beaucoup évolué.

L’insuline porcine modifiée appelée insuline semi-synthétique humaine

Au début des années 80, l’insuline porcine a subi des transformations enzymatiques permettant de remplacer l’aa alanine en position 30 de la chaine B par l’aa thréonine ; ainsi on obtient une insuline semi-synthétique humaine. Bien qu’apportant au malade une plus grande efficacité, ce procédé nécessitait encore un approvisionnement en insuline porcine et provoquait dans certains cas des réactions de rejet.

Des insulines différenciées pour améliorer rapidité et durée d’action

La notion d’insuline différenciée est liée à la vitesse et la durée d’action. On parle d’insulines, rapides, intermédiaires ou lentes.

Ainsi des insulines rapides sous forme d’hexamères sont injectées pour éviter une augmentation de la glycémie trop importante au moment des repas, tandis que des insulines intermédiaires permettant de combler les besoins humains en insuline indépendamment des repas, sont injectées 2 à 3 fois par jour.

Ces insulines intermédiaires, nommées NPH (Neutral Protamine Hagerdorn), proposées dès 1923 par Hagerdorn, contiennent en plus de l’insuline humaine, des protamines (iv), une quantité variable d’ions Zn2+ et un milieu neutre grâce à un tampon phosphate. Cette formulation injectée diffuse alors lentement dans le corps humain.

L’inconvénient de ces premières insulines différenciées était leur délai d’action et la durée.

L’insuline humaine obtenue par le génie génétique appelée insuline biogénétique humaine ou recombinante

Dès le début des années 80 des insulines humaines obtenues par génie génétique sont apparues sur le marché et depuis 1999 (en France) seules ces insulines sont utilisées.

Très schématiquement, un gène (portion d’ADN) codant pour l’insuline humaine est inséré dans l’ADN d’une cellule hôte, la bactérie Escherichia coli. Celle-ci produit alors de l'insuline humaine grâce au gène supplémentaire intégré. Pour la production de grandes quantités, cette bactérie modifiée est introduite dans un fermenteur où elle se multiplie et produit le composé recherché. Des étapes de séparation et purification sont indispensables.

Pour concrétiser on peut citer pour exemples, deux modes de fabrication industrielle d’insuline recombinante. Ce ne sont pas les seuls.

Dans le premier, il est d’abord créé indépendamment, par génie génétique, les 2 chaines A et B rallongées volontairement par quelques aa dont la présence facilite l’étape chimique ultérieure. À l’issue de ces fermentations ces chaines sont séparées par ultrafiltration ou centrifugation. La création des ponts sulfure (S-S) entre les 2 chaines est alors réalisée par voie chimique. Une chromatographie préparative à basse pression par échanges d’ions est alors réalisée. Une nouvelle étape de réaction chimique ou enzymatique permettant la découpe des aa excédentaires est suivie d’une ultrafiltration puis d’une chromatographie préparative à haute pression (70 bars) sur gel de silice greffé ou non, pour conduire à l’insuline humaine recombinante purifiée à usage pharmaceutique.

Dans le deuxième mode, la bactérie est programmée pour reproduire au cours de la fermentation les chaines AB accrochées entre elles en une seule chaine. Après une séparation / filtration, une découpe par voie chimique ou enzymatique et la création des ponts sulfure sont réalisées suivies d’une chromatographie par échange d’ions. Une purification finale par chromatographie HP est également nécessaire.

Le génie génétique permet aussi de produire des insulines aux actions différenciées.

Les insulines analogues rapides ou lentes

La fin des années 90 a vu arriver les insulines dites analogues rapides et lentes. Elles sont aussi issues du génie génétique. Elles ont pour objectif de modifier la cinétique ou la solubilité de l’insuline.

Ce sont des insulines très légèrement différentes de l’insuline humaine par changement de quelques aa (addition ou soustraction ou échange) et de quelques adjonctions.

On distingue les insulines analogues rapides, à début d’action plus rapide et durée d’action plus courte que l’insuline humaine (lispro (v), en 1996, asparte (vi) en 2000 ou glulisine (vii) en 2004) qui par juste quelques changements (un aa par un autre) permettent de garder la même action au niveau de la glycémie. La rapidité d’action est due au fait que ce n’est plus l’hexamère qui est formé mais le monomère.

Inversement les insulines analogues lentes ou à action prolongée (glargine (viii) en 2000 et détémir (ix) en 2004) par des modifications d’aa permettent un changement du point isoélectrique. Solubles en milieu acide ces insulines précipitent au pH physiologique et les hexamères formés ont ainsi une durée d’action beaucoup plus longue.

On peut citer quelques fabricants d’insuline dans le monde : Novo Nordisk (danois) leader mondial, Eli Lilly (américain), Sanofi-Aventis (français), Biocon en Inde, Wanbang Biopharma en Chine, Julphar au Moyen Orient…

Proche de nous, on trouve des sites de production d’insuline à Chartres (Novo Nordisk), à Fegersheim (Lilly) et Francfort (Sanofi).

D’après le rapport 2019 de la FID (Fédération Internationale du Diabète), « 578 millions d'adultes seront atteints de diabète d'ici 2030 et 700 millions d'ici 2045 ». On mesure l’importance du savoir-faire indispensable pour la production d’insuline.

Aujourd’hui les axes de recherche dans l’amélioration du traitement sont tournés non plus vers une production d’insuline toujours plus active, mais plutôt dans des injections plus efficaces : pompes en boucle fermée avec mesure en continu de la glycémie et injection en continu d’insuline via l’intervention de l’Intelligence Artificielle (c’est ce qu’on nomme le pancréas artificiel). D’autres nouvelles thérapies sont en cours d’étude : ainsi des cellules souches (implantées directement sous la peau) se transforment en cellules béta des îlots de Langerhans (les cellules pancréatiques productrices d’insuline) et produisent de l’insuline directement utilisable par le corps humain.


Monomère insuline humaine

 

(i) En 1922 deux biologistes canadiens Frederick Banting et Charles Best découvrent l’insuline par extraction du pancréas.
(ii) Frederick Sanger a eu le prix Nobel de Chimie en 1958 pour son travail sur la structure des protéines, particulièrement celle de l’insuline.
(iii) Dorothy Hodgkin a eu le prix Nobel de Chimie en 1964 pour « sa détermination par des techniques aux rayons X des structures de substances biochimiques importantes  », ce qui lui permit de déterminer la structure tridimensionnelle de l’insuline en 1969.
(iv) Les protamines sont des petites protéines nucléaires (trouvées au centre de noyaux cellulaires) riches en aa arginine.
(v) Insuline lispro : la molécule comporte une inversion de deux aa en bout de chaîne B, qui ne modifie pas la liaison au récepteur, mais bloque la formation de dimères et d'hexamères d'insuline.
(vi) Insuline asparte : c'est une insuline analogue où un seul acide aminé a été modifié, en particulier une proline avec un acide aspartique à la position B28.
(vii) Insuline glulisine : insuline analogue où l’aa asparagine en position B3 est remplacé par la lysine et la lysine en position B29 est remplacée par l'acide glutamique.
(viii) Insuline glargine : remplacement de l'asparagine par la glycine en position 21 de la chaîne A et par l'extension carboxy-terminale de la chaîne B par 2 résidus arginine.
(ix) Insuline détémir : délétion de la thréonine en position B30 et fixation sur la lysine en position B29 de l’acide tétradécanoïque (ou myristique) de formule CH3–(CH2)12–COOH, ce qui lui permet de se complexer à l'albumine dans le sang. Puis lentement le complexe se dissocie et libère l’insuline.

 
 

 

Pour en savoir plus
(1) Histoire de l’insuline : entre le biologique et l’artificiel, G. El Mghari, S.Baki et N. El Ansari, Service d’endocrinologie, Laboratoire PCIM, Université Cadi Ayyad, Marrakech, Hegel vol. 4 n°2 (2014) p. 208 (DOI : 10.4267/2042/53793)
(2) L’insuline produit du jour Société chimique de France
(3) Les 90 ans de la découverte de l'insuline, par la Fédération Française des Diabétiques
(4) Les insulines, médicaments actuels et évolution dans la prise en charge du diabète insulinodépendant, Thèse Alexandre Bitil (2015), tout particulièrement les modes d’obtention pages 21 à 26 (HAL Id : dumas-01171688)
(5) Le génie génétique à la rescousse des diabétiques Musée Armand Frappier Canada
(6) État des lieux passé et actuel de l’insuline (thérapies, procédés) et perspectives d’évolution, Thèse d'exercice en pharmacie (Toulouse) de Delpech Romain (2015)

 

Crédits :
Illlustration : Monomère insuline humaine par Isaac Yonemoto. Transféré de en.wikipedia.org vers Commons. Premier téléchargement vers en.wp par Takometer, CC BY 2.5, Lien
Figure : Insuline humaine : enchainement des acides aminés et ponts disulfure réalisée par Lydie Amann. DR.

Auteur(s) : Lydie Amann et Françoise Brénon
Précédent1234567 • … Suivant