La chimie stéréochimique et le domaine médical

Louis Pasteur a identifié pour la première fois les molécules actives optiquement en 1843 lors de la séparation des dépôts cristallisés d'acide tartrique qui s'étaient accumulés dans des cuves à vin. Il a observé que les dépôts cristallisés étaient des images inversées les uns des autres, mais avaient les mêmes formes et propriétés chimiques.

Il a également remarqué que les molécules actives de rotation de la lumière étaient de la même taille, mais dans des directions opposées. Un type fait tourner la lumière polarisée vers la gauche (laevorotatory) et l'autre vers la droite (dextrorotatory). Des études de diffraction des rayons X en 1951 sur les acides tartriques ont confirmé que la distribution spatiale de chacun était opposée à l'autre, un "modèle de mains"

Le modèle de mains, chacun étant une image miroir de l'autre

La chimie stéréochimique Stereochemistry , parfois appelée "chimie de l'espace", est l'étude de la façon dont les atomes et les groupes sont spatialement arrangés à l'intérieur des molécules. Son importance réside dans l'étude de l'activité des médicaments, car la forme d'un médicament influence la manière dont il interagit avec différentes molécules biologiques (enzymes, récepteurs, etc., avec lesquelles il interagira dans le corps, donc sa distribution spatiale doit être opposée pour permettre le contact). Les chimistes biologiques s'intéressent particulièrement à la chimie stéréochimique car elle influence le degré d'interaction des substances chimiques toxiques. La majorité des réactions corporelles sont spatialement spécifiques, ce qui signifie que seules les molécules avec des configurations atomiques spécifiques se lieront aux sites des récepteurs sur les cellules.

La principale raison de la sélectivité spatiale stereoselectivity  dans la pharmacocinétique est le métabolisme sélectif des médicaments. La sélectivité Enantiosivity est la tendance du métabolisme enzymatique à préférer un énantiomère d'un composé médicamenteux par rapport à un autre.

Les isomères isomeric  sont des groupes de molécules ayant la même formule chimique mais des structures chimiques différentes. Étant donné que les isomères distincts peuvent avoir des approches enzymatiques et des récepteurs différents, ce qui entraîne des changements dans leurs propriétés pharmacocinétiques et pharmacodynamiques, l'isomérie est importante.

Lorsqu'un atome de carbone est lié à quatre groupes différents, il est dit que c'est un atome de carbone chiral (asymétrique) et est noté comme un centre d'asymétrie Asymmetry. 

Deux formes de la molécule (les deux étant des images inversées) sont formées à partir du carbone chiral, et ces deux formes sont appelées images miroir Enantiomers. L'un des énantiomères peut avoir un effet bénéfique souhaité tandis que l'autre peut provoquer des effets secondaires graves et indésirables, ou parfois même des effets bénéfiques mais complètement différents. Par exemple : les acides aminés L sont utilisés dans la synthèse des protéines, tandis que les acides aminés D ne sont pas utilisés dans la production de protéines, les acides aminés L le sont également

Les grandes molécules telles que les polypeptides, les protéines, l'ADN, etc. montrent généralement une asymétrie chirale dans l'ensemble de la molécule ; dans ce cas, on peut parler de chirality intrinsèque ou hélicoïdale. Étant donné que les humains ne sont pas complètement symétriques, nous pouvons affirmer que même le corps humain, s'il est considéré comme une seule molécule, a une variation intrinsèque à l'intérieur ainsi qu'à l'extérieur.

Étant donné qu'il existe un isomère L ou D uniquement pour une certaine substance chimique, les formes chirales de cette molécule ont des effets physiologiques distincts, rendant les isomères D et L importants en pharmacologie. En conséquence, nous pouvons créer les isomères de manière sélective. Cela nous permet de distribuer des médicaments contenant une seule molécule chirale de manière plus sûre, efficace et concentrée. 

Nous avons maintenant un nouveau terme, les énantiomères, représentant l'existence de deux formes d'isomères spatiaux, qui peuvent également être référés comme similaires, le nom venant des mots grecs enántios, qui signifie "l'inverse", et meros, qui signifie "la partie". L'activité optique Optical activity est le terme utilisé pour décrire la capacité de ces molécules à faire tourner la lumière polarisée de la même manière dans des directions opposées. Le centre stéréochimique   Stereocenter est le centre dans la molécule qui sert d'ancre pour d'autres groupes d'atomes afin de s'organiser dans l'espace de manière à ce que l'on puisse échanger les positions de n'importe quels deux groupes.

Les composés énantiomériques Enantiomeric   ont une activité optique, c'est-à-dire qu'ils sont biologiquement actifs. Un exemple de molécule active optiquement est la protéine, où chacun de ses deux énantiomères est désigné soit L- ou D-. 

La pharmacocinétique décrit les effets physiologiques d'un médicament particulier. 

Tout d'abord, l'isomérie spatiale influence l'efficacité d'un médicament. Par exemple, la forme L - propranolol a l'effet de blocage bêta souhaité tandis que D-propranolol est inactif. 

Deuxièmement, l'isomérie spatiale influence les effets pharmacologiques ; methorphan est un bon exemple de cela.

La forme D réduit la toux, tandis que la forme L est un puissant analgésique opioïde. 

Troisièmement, les potentiels thérapeutiques et les conséquences négatives des isomères spatiaux diffèrent. Par exemple, le composé  L-ethambutol est utilisé en ophtalmologie, mais le composé D-ethambutol est utilisé pour traiter la tuberculose. 

Enfin, l'efficacité des isomères spatiaux peut varier en fonction du succès de l'établissement de l'effet désiré.

Ces résultats pharmacologiques et pharmacocinétiques montrent que, souvent, l'une des formes chiral a l'effet désiré dans le corps tandis que l'autre peut avoir des effets secondaires indésirables ou graves ou un effet complètement différent.

En conséquence, les médicaments qui sont créés dans un environnement pharmaceutique doivent être complètement purs, ce qui signifie qu'ils doivent avoir l'énantiomère L ou D requis. Un des produits enantiomer a les avantages suivants :

1. Plus de médicaments spécialisés

2. Un indice thérapeutique plus élevé, comparant la dose d'un médicament utilisé à des fins thérapeutiques avec l'effet désiré à la dose à laquelle il devient toxique.

3. Moins de chances d'interactions médicamenteuses avec d'autres substances dans le corps

La découverte de nouveaux candidats médicaments a été rendue possible grâce à l'isomérie spatiale, qui aide également à améliorer l'efficacité, la sécurité et le potentiel des médicaments actuellement disponibles. Les médicaments énantiomériques purs ont strictement remplacé de nombreux mélanges racémiques (groupes comprenant à la fois des énantiomères L & D) , entraînant une amélioration de l'efficacité et une réduction de la toxicité.

Le kétamine, le thiopental, l'isoflurane, l'enflurane, le desflurane, l'atracurium, la mépivacaïne, la bupivacaïne, le tramadol, l'atropine, l'isoproterenol et le dobutamine sont quelques exemples de médicaments chiraux utilisés en anesthésie.

Actuellement, notre compréhension de la symétrie a aidé à développer des alternatives médicamenteuses plus sûres et plus efficaces aux médicaments plus récents et plus anciens. De nombreux médicaments actuellement disponibles ont subi une transformation chirale, ou un changement d'un mélange racémique à l'un de ses isomères.

Mohammed Hamad Jassim Abbas Al-Ajili A.M.D

Doctorat en chimie clinique