chimiecombinatoire

UNIVERSITE DE PICARDIE JULES VERNE
Faculté de Pharmacie
Chimie Organique- EA3901-DMAG-INERIS
CHIMIE
COMBINATOIRE
A. Dassonville, P. Sonnet
Mai 2005
CONTEXTE
Recherche d’un médicament complexe, long et coûteux
Temps estimé entre la première synthèse et la mise sur le marché : 10-15 ans
Nécessité de préparer et d’évaluer plusieurs centaines d’analogues
Coût estimé : 300-800 millions de dollars par médicaments
Objectifs des entreprises : 1 à 3 nouveaux médicaments par an
Progrès de la génomique : découverte d’un grand nombre de cibles nouvelles pour les médicaments
développement et mise au point de méthodes automatisées pour une
détermination rapide de l’activité sur de nombreux composés différents
(criblage haut débit sur plusieurs milliers de produits par semaine vis à vis
d’une ou plusieurs cibles biologiques simultanément).
L’extraction de substances naturelles et la synthèse organique ne produisent pas assez de produits
SOLUTION
Création rapide de bibliothèques de composés célibataires ou de mélanges par les techniques de
synthèses parallèles ou combinatoires
HISTORIQUE
Naissance dans les années 80 par un besoin des spécialistes de la science du peptide, inspirés par la
synthèse sur support solide initiée par Merrifield.
1984 Geyson met en place une technique « multi-pin » et produit de nombreux peptides.
1985 Houghton met en place la méthode des « tea bags » qui consiste à mettre en suspension des
sacs poreux de résine dans les réactifs.
1992 Bunin et Ellman publie la première bibliothèque de petites molécules actives par voie orale et
préparées sur support solide : les 1,4-benzodiazépin-2-ones.
1995 Chimie combinatoire en solution utilisant des polymères solubles
1996 Thompson et Ellman font un point sur la Chimie Combinatoire
Naissance de 3 journaux spécialisés : Journal of Combinatorial Chemistry, Molecular
Diversity et Combinatorial Chemistry and High Throughput Screening.
Développement de petites entreprises spécialisées dans le Criblage Haut Débit
2002 Recensement de plus de 1000 bibliothèques
De nos jours, toutes les grandes firmes pharmaceutiques utilisent la Chimie Combinatoire.
1995 : Développement de petites entreprises spécialisées dans le Criblage Haut Débit
La plupart des exemples de synthèses combinatoires ont été publiées par des scientifiques de ces
petites entreprises.
Ces entreprises après avoir commencées par la synthèse de bibliothèques de peptides, sont
impliquées dans le développement de bibliothèques de petites molécules.
La plupart sont impliquées dans le développement de nouveaux synthétiseurs.
LOCALISATION DE LA CHIMIE COMBINATOIRE DANS LA
DECOUVERTE D’UN CANDIDAT MEDICAMENT
COMPARAISON DE LA CHIMIE ORGANIQUE
CONVENTIONNELLE ET DE LA CC
Synthèse organique conventionnelle :
Synthèse organique combinatoire :
Réaction de n composés A avec n’ composés B conduit à un mélange de nn’ composés différents.
Aucune séparation n’est effectuée à ce stade. Le mélange est testé. Si le résultat est positif,
identification du composé responsable de l’activité.
SYNTHESE COMBINATOIRE MULTIETAPE
(m)
Nb = 5m
Contraintes au niveau de la synthèse chimique employée, chaque produit doit être obtenu avec un
bon rendement et pas de sous produits formés.
L’ensemble des produits possibles préparés = bibliothèque.
Selon la méthode utilisée, une bibliothèque est constituée de produits différents isolés (synthèse
parallèle) ou d’un mélange de composition définie (synthèse combinatoire).
STRATEGIES
1. Unités réactives bifonctionnelles
Les réactions sont successives, chaque unité réagit avec une des fonctions de la suivante.
2. Composés multifonctionnels
Les synthons B, C et D réagissent avec un dérivé central A présentant plusieurs fonctions
différentes.
3. Modulation de la fonctionnalité
Après réaction avec B, la réactivité de A est modifiée. La réaction avec C donne un produit ABC.
CHOIX DU MILIEU REACTIONNEL
En général, les réactions sont effectuées en phase solide mais de nouvelles stratégies comme la
chimie combinatoire sur polymère soluble émergent.
SYNTHESE DE MELANGE,
METHODE PARTAGE/MELANGE
Dans quel cas?
Identification d’une tête de série
Taille de la bibliothèque? Jusqu’à 10000 composés mélangés
Cette méthode a été mise au point pour
éviter les problèmes de différences de
réactivité et/ou de cinétique.
Préalablement à chaque étape de la
synthèse combinatoire, le polymère est
divisé en un nombre de lots égal au
nombre de réactifs introduits au cours
de cette étape.
Chaque réactif est alors mis en réaction
en excès individuellement dans chaque
réacteur séparé.
Ici 27 produits sous la forme de 3
mélanges constitués de 9 composés
chacune.
9 réactions ont été nécessaires alors
qu’une méthode synthétique classique
aurait nécessité 81 réactions.
SYNTHESE DE COMPOSES CELIBATAIRES,
SYNTHESE EN PARALLELE
Dans quel cas?
Optimisation de la structure de la tête de série
Taille de la bibliothèque? Jusqu’à 1000 composés
PROCEDES UTILISES POUR LA SYNTHESE PEPTIDIQUE
Procédé Houghton, dit des « sachets de thé »
Permet de synthétiser 150 peptides en une seule opération :
-1er AA ajouté à la résine en plaçant le sachet dans une
bouteille (chaque bouteille recevant un AA différent).
-dans chaque bouteille, tous les sachets ont un même type
d’AA fixé à la résine.
-bouteille après bouteille, les sachets sont rassemblés dans un
récipient unique afin de procéder à la déprotection et au
rinçage.
-les sachets sont ensuite repositionnés dans une autre
bouteille contenant un autre AA et ainsi de suite….
Automatisation des synthèses en parallèle
Le support , phase solide se présente sous forme de
bâtonnets (picots) qui peuvent être plongés dans chaque puit
ayant un AA bien précis.
Pour la déprotection et le rinçage, trempage des bâtonnets
dans de vastes bains.
CREATION DE BIBLIOTHEQUES DE PETITES MOLECULES
Synthèse des réactions organiques appliquées sur support solide
Bibliothèques synthétisées
Exemple 1 : Bibliothèque de Pipérazines sur support solide
Exemple 2 : Bibliothèque de dicétopipérazines sur support solide
Exemple 3 : Bibliothèque de sulfamides sur support soluble
Exemple 4 : Bibliothèque de macrocycles mimant un coude  sur support solide
IDENTIFICATION DES SUBSTANCES ACTIVES
Répartition orthogonale :
-Technique utilisable dans le cas d’une réaction à une étape
-Deux répartitions différentes de composés de la même bibliothèque
-Série de sous bibliothèque où A est fixe et une où B est fixe
-Toutes les sous bibliothèques sont testées, si le résultat est positif alors 2 sous bibliothèques
montreront une activité
-Connaissant l’unité fixée dans l’une et l’autre des deux sous séries, il est possible de remonter à la
substance active.
Positional scanning :
- Même principe de répartition en sous bibliothèques
- Adaptation aux synthèses multiétapes
-Pour chaque position, on prépare autant de sous
bibliothèques qu’il y a de composants dans cette position
-Avantage : ne nécessite pas de synthèse supplémentaire
si un composé se révèle actif
Déconvolution récursive dans le cas de la méthode partage/mélange :
Après chaque étape de partage, une partie des produits est stockée. Ces substances stockées
seront utilisées au moment de la resynthèse.
Dans l’exemple ci dessus, à chaque étape, une brique est identifiée.
Par utilisation de code chimique :
1.
2.
3.
4.
greffage de l’unité synthétique et de
son code sur la résine
Mélange puis partage, seconde unité
attachée à la première, son code est
greffé sur le support de manière non
séquentielle
Molécule supportée est évaluée par
l’intermédiaire d’un test coloré
Résine portant la molécule active est
isolée puis décodée (le code peut être
déchiffré sous forme binaire)
Tag :
Photolithographie :
Ce qu’il faut : un procédé de synthèse
permettant d’obtenir des produits avec une
répartition spatiale définie.
Dans le cas d’une synthèse peptidique, les
groupements
amines
portent
un
groupement photolabile, déprotection à un
endroit bien précis, couplage, lavage et
répétition avec un cache différent.
Incubation de la plaque en présence d’un
récepteur protéique, marqué par une
substance susceptible de fluorescer, en vu
de détecter les composés actifs.
On retrouve les composés actifs car les
caches sont numérotés au fur et à mesure.
L’intensité de la fluorescence peut être
mesurée à l’aide d’un microscope spécial
afin de déterminer le degré d’affinité.
Alternatives : méthodes radioactives et
chimiluminescence.
Criblage « sur bille » :
Une « bille » positive dans un
colorimétrique de liaison avec une enzyme.
test
Un échantillon de « billes » positives à des
intensités variables.
Les composés actifs accrochés aux résines sont ensuite récupérés par micromanipulation.
EXEMPLE D’UNE ETUDE
Objectif : Trouver un inhibiteur d’une méthyltransférase (famille de Erm), enzyme responsable d’une
résistance vis à vis d’antibiotiques en interférant avec leur site de liaison.
Après un screening utilisant la RMN (RSA par RMN), une triazine interférant avec le site d’action de
l’enzyme est isolée.
Les analogues A, B et C de la même bibliothèque ont été identifiés.
Une étude par intermédiaire d’une synthèse en parallèle en solution a permis la découverte de D comme
analogue le plus actif.
Une bibliothèque de 232 composés a ensuite été préparée pour trouver le substituant de gauche qui
induisait la plus grande affinité, E et F sont de l’ordre du micromolaire.
Une bibliothèque de 411 composés a ensuite été préparée pour trouver le substituant de droite qui
induisait la plus grande affinité.