Chimie verte : des réactions plus propres et plus rapides

Une nouvelle approche peut-elle contribuer à accélérer la recherche scientifique tout en respectant davantage l’environnement?

Le Dr Wilfried Braje, chercheur scientifique chez AbbVie, utilise une technologie qui crée des réactions chimiques qui nécessitent moins d’énergie et produisent moins de déchets.

Faire évoluer une approche vieille de 150 ans

Certaines initiatives écologiques semblent évidentes. Bannir les pailles en plastique, sauver les océans. D’autres sont plus complexes. Par exemple, essayer de moderniser un système séculaire d’obtention des réactions chimiques.

Mais selon le Dr Wilfried Braje, cela ne doit pas forcément être si compliqué. Chercheur principal senior chez AbbVie, il estime que la recherche de moyens de réduire les déchets et de respecter davantage la planète devrait être une seconde nature pour les scientifiques, en particulier ceux qui se consacrent à rendre des vies meilleures.

C’est pourquoi le Dr Braje et ses collègues scientifiques des laboratoires AbbVie à Ludwigshafen, en Allemagne, étaient déterminés à trouver une solution à la fois simple et élégante à un problème historique : une technologie capable d’améliorer considérablement l’évolution déjà révolutionnaire d’une méthode scientifique vieille de 150 ans. Le Dr Braje explique ici comment le fait de tirer parti du « solvant préféré de la nature » peut être bénéfique pour l’environnement et contribuer à accélérer la recherche scientifique.

Tout d’abord, expliquez-nous le problème. Pourquoi la chimie doit-elle « se mettre au vert » ?

Dr Wilfried Braje : Quand j’explique ce que je fais à mes amis, je me décris comme un « cuisinier scientifique ». Mon laboratoire, c’est ma cuisine. Imaginons que vous fassiez un gâteau. Vous réunissez plusieurs ingrédients comme l’huile, le sucre et la farine, et voyez comment ils réagissent entre eux pendant la cuisson (ou en léchant la cuillère - personnellement, c’est la partie que je préfère).

Chez les scientifiques, c’est pareil. Nous essayons de savoir si nous avons réuni les bons ingrédients pour un éventuel candidat-médicament lorsque nous effectuons une réaction chimique. Depuis plus de 150 ans, les scientifiques réalisent ces « recettes » chimiques dans des solvants organiques, dérivés d'une huile minérale. Ces solvants organiques sont chers, toxiques et souvent inflammables, mais on a toujours fonctionné de la sorte et cette méthode est éprouvée. La science des solvants organiques permet de nombreuses réactions qui ont servi à mettre au point des médicaments révolutionnaires.

Comment votre équipe améliore-t-elle ce processus, au juste ?

Dr Braje : 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. Ils sont parvenus à réaliser plusieurs réactions chimiques nécessaires à la production d’ingrédients pharmaceutiques actifs dans l’eau en utilisant des nanomicelles dans l’eau, plutôt que des solvants organiques nocifs. Ce processus ne crée pratiquement aucun déchet. En 2014, j’ai découvert leurs travaux et contacté le professeur Lipshutz. Dix-huit mois plus tard, notre équipe a mis au point sa propre technologie permettant aux réactions chimiques de se dérouler très efficacement dans l’eau. 

Notre technologie améliore considérablement la méthode initiale de chimie dans l’eau grâce à l’ajout d'un additif alimentaire bénin. Toutes les matières premières sont solubilisées dans l’eau. Et comme dans le procédé initial du groupe Lipshutz, il reste très peu de déchets.

Autre avantage : cette méthode nécessite peu d’énergie. Bref, notre technologie permet d’obtenir des réactions chimiques à température ambiante et non plus à 130° dans des solvants organiques.

Vous souvenez-vous du moment où vous avez fait cette découverte avec votre équipe ?

Dr Braje : Je ne l'oublierai jamais.  Deux chercheuses de l’équipe, Tanja Lindner et Johanna Klee, avaient réalisé de nombreuses réactions chimiques pour un projet de neuroscience. En utilisant le nouvel additif, nous avons rapidement constaté que le temps de réaction était passé de plusieurs heures à une minute. Cela nous a paru invraisemblable. Nous avons répété l’expérience à trois reprises pour nous convaincre que nous n’avions pas rêvé.  Cette « recette » était-elle la bonne ? Mes collègues avaient les mains couvertes d’ampoules à force de prélever autant d’échantillons pour les analyser en si peu de temps.  Notre équipe n'oubliera jamais ce moment.

Nous avons tant appris et nous découvrons encore de nouveaux aspects chaque jour, parce que d’autres confrères se sont joints à nos efforts pour continuer à développer cette technologie et l’appliquer à une multitude de réactions chimiques. 

Tanja Lindner et Johanna Klee, chercheuses scientifiques chez AbbVie, sont membres de l’équipe de Wilfried.

Outre la réduction des déchets, quels sont les autres avantages de la chimie dans l’eau ?

Dr Braje : Les réactions chimiques sont nettement plus efficaces. Les températures et l’apport énergétique nécessaires sont moindres, mais paradoxalement, les temps de réaction sont beaucoup plus courts.  Les procédés qui demandaient autrefois plus de 12 heures ne durent plus que quelques minutes - voire secondes. En fin de compte, tous ces facteurs permettent d’acheminer plus rapidement les médicaments potentiels aux patients, tout en utilisant moins de ressources. Le plus étonnant, c’est que nous sommes capables de mener à bien des réactions chimiques qui ont échoué avec des méthodes de pointe. Chaque fois que nous découvrons qu'une réaction fonctionne alors que ce n’était pas le cas autrefois, nous pouvons passer plus rapidement à la phase suivante de production ou lancer une nouvelle « recette ».

En réalité, même si nous nous réjouissons d’avoir amélioré le processus, les réactions chimiques dans l’eau n’ont rien de nouveau. Pensez au corps humain : il compte environ 37 billions de cellules et chaque seconde, des millions de réactions chimiques ont lieu dans chacune d’entre elles. L’eau est le solvant préféré de la nature depuis des milliards d’années. Nous tirons simplement profit de cette approche naturelle.

Quelle est la prochaine étape pour AbbVie dans ce domaine ?

Dr Braje : Notre équipe continue de collaborer avec d’autres partenaires universitaires pour encourager l’industrie à se « mettre au vert ». Je sais que le mouvement gagne du terrain, et cette technologie risque de beaucoup plaire à la prochaine génération de scientifiques au vu de son efficacité.

De plus, AbbVie est membre de l’American Chemical Society Pharma Roundtable for Green Chemistry, où j’ai le plaisir de représenter notre entreprise. Après que j’ai présenté certains de nos résultats l’an dernier, une sous-équipe de chimie dans l’eau a été formée. Nous travaillons désormais ensemble pour faire avancer ce sujet.

Dans le cadre d’un projet de recherche en oncologie, j’ai vu des réactions réussir dans l’eau alors que ces mêmes réactions (qui servent à préparer une molécule de médicament) avaient échoué dans des solvants organiques. À mon sens, c’est passionnant. Dans de nombreux cas, ces résultats sont historiques. Pour nous, il n'y aura donc pas de retour en arrière.