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 de la détection précise de 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 de la reconnaissance moléculaire au fil des décennies, le développement de récepteurs pour détecter les molécules chirales (ou asymétriques) reste un défi. La chiralité se traduit par des paires d’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 utiliser des techniques complexes et coûteuses, telles que la chromatographie liquide à haute performance, pour les différencier.
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, a conçu une toute nouvelle méthode de reconnaissance de fluorescence pour détecter le D-glucose, un monosaccharide chiral, dans eau. Leur travail a été mis en ligne le 20 décembre 2022 et publié dans Capteurs ACS 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 compliquées, ont souvent une faible solubilité dans l’eau et parfois une faible 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 facilement synthétisé deux types de récepteurs hydrophobes fluorescents simples 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 des récepteurs à γ-CyD.
Les complexes d’inclusion résultants (1F/γ-CyD ou 2N/γ-CyD) formaient un fragment d’acide pseudo-diboronique qui reconnaissait sélectivement le D-glucose dans l’eau à 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.
« À notre connaissance, 2N/γ-CyD a la sélectivité D/L la plus élevée parmi les autres récepteurs à base de molécules d’acide diboronique fluorescent signalés », déclare le Dr Suzuki.
Les chercheurs ont approfondi ce phénomène grâce à des études spectrales de dichroïsme circulaire induit et de résonance magnétique nucléaire. 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 autres que le glucose, deux molécules différentes se lient aux deux sites du fragment acide pseudo-diboronique. De ce fait, la fluorescence reste faible.
Outre une sélectivité élevée, les complexes développés présentent également une sensibilité remarquable. 1F/γ-CyD et 2N/γ-CyD pourraient détecter des concentrations de D-glucose avec de faibles limites de détection (LOD) de 1,1 μM et 1,8 μM, respectivement. Par conséquent, les deux complexes peuvent servir de simples capteurs chimiques de D-glucose. Ils ont une excellente sélectivité, sensibilité et sélectivité chirale.
« Les capteurs fluorescents développés sont utiles pour détecter sélectivement le D-glucose et discriminer les énantiomères du glucose. Ils peuvent potentiellement également servir de systèmes de diagnostic de nouvelle génération pour le diabète qui peuvent être utilisés avec des quantités infimes d’échantillon de sang, ce qui est une caractéristique indispensable lors du prélèvement de sang. Comme leurs structures chimiques sont assez simples, ces capteurs permettront de développer des kits abordables et reproductibles pour son diagnostic précoce », conclut le Dr Hayashita.
Plus d’information:
Yota Suzuki et al, Reconnaissance du d-glucose dans l’eau avec une excellente sensibilité, sélectivité et sélectivité chirale à l’aide de complexes d’inclusion de γ-cyclodextrine et d’acide boronique fluorescent ayant une fraction acide pseudo-diboronique, Capteurs ACS (2022). DOI : 10.1021/acsensors.2c02087
Fourni par l’Université Sophia