Synthèse de peptides et étude de leur auto-assemblage par mécanochimie

par Kouadio yves Yeboue

Projet de thèse en Ingénierie Biomoléculaire

Sous la direction de Frédéric Lamaty et de Thomas-Xavier Metro.

Thèses en préparation à Montpellier , dans le cadre de Sciences Chimiques Balard , en partenariat avec IBMM - Institut des Biomolécules Max Mousseron (laboratoire) et de F11 - Chimie Verte et Technologies Innovantes (equipe de recherche) depuis le 01-10-2016 .


  • Résumé

    Les peptides ont une place clairement dominante parmi les solutions thérapeutiques d'avenir. En effet, les peptides sont naturels, biodégradables en acides aminés non toxiques, très actifs, sélectifs et bien tolérés. La recherche et le développement pharmaceutique porte actuellement un regain d'intérêt pour ce type de principes actifs, à un point tel que 140 peptides sont actuellement évalués dans des essais cliniques et plus de 500 en développement préclinique. Malheureusement, les techniques classiques de production de peptides souffrent de nombreuses limitations qui entravent le développement de ces principes actifs. En effet, les techniques classiques procèdent par synthèses linéaires et itératives (pas ou peu de couplages par fragment), sont limitées dans de nombreux cas (substrats encombrés, peptides longs et agrégés, peptides enclins à la formation de sous-produits type dicétopipérazines et aspartimides) et utilisent de très grandes quantités de solvants et de réactifs toxiques. Ces limitations affectent considérablement l'impact environnemental et les coûts de production, limitant ainsi le développement de la production de peptides en Europe. En réponse à cette situation dommageable, l'objectif de ce projet de thèse est d'acquérir des connaissances fondamentales permettant le développement de procédés efficaces et respectueux de l'environnement applicables à la production de n'importe quelle séquence peptidique. Pour ce faire, des broyeurs à billes qui permettent de mélanger très efficacement des milieux réactionnels très concentrés contenant des solides seront utilisés. Les nombreux avantages potentiellement accessibles grâce à l'utilisation de ces techniques sont maintenant clairement établis. Dans le cadre de ce projet, ces techniques d'agitation permettront une intensification drastique des procédés de production de peptides, tout en réduisant leur impact environnemental (pas ou peu de solvants, agents de couplage et bases non toxiques, synthèses convergentes, économie de produits chimiques, de temps et d'énergie). La preuve de concept a déjà été établie précédemment par l'équipe en mettant au point la synthèse de nombreux peptides dans un broyeur à billes. Au cours de ces synthèses les solvants toxiques (DMF, CH2Cl2, NMP) et les bases volatiles, corrosives et toxiques classiquement utilisés (DIPEA, Et3N) ont pu être remplacés par de petites quantités de solvants verts (EtOAc, tBuOAc) et par une base minérale non-toxique (NaHCO3). Cette approche a toutefois été limitée à la production de peptides relativement simples et de petites tailles. Ce projet de thèse sera donc consacré dans un premier temps à la poursuite de l'étude de l'étendue des avantages apportés par l'utilisation des broyeurs à billes en synthèse peptidique. Ainsi, la synthèse de peptides représentatifs des difficultés rencontrées dans les conditions classiques de synthèse peptidique (en solution ou sur support) sera envisagée au broyeur à billes (couplage par fragment, substrats très encombrés, peptides de grande taille, peptides très enclins à la formation de sous-produits tels que les dicétopipérazines ou les aspartimides). Dans un deuxième temps, la capacité des forces mécaniques apportées par les broyeurs à billes à permettre la désagrégation et/ou le désassemblage de peptides fortement agrégés/auto-assemblés sera étudiée. En utilisant des broyeurs à billes, ce projet présentera une approche totalement renouvelée de la synthèse peptidique, permettant de résoudre de nombreux problèmes ou limitations rencontrées par les approches classiques de synthèse peptidique.

  • Titre traduit

    Peptide synthesis and study of their self-assembly by mechanochemistry


  • Résumé

    Peptides play a central role in the therapeutic solutions of the future. Indeed, peptides are natural, biodegradable into non-toxic amino acids, highly active, selective and well tolerated. Pharmaceutical research and development is living a renewed interest for this type of therapeutics, to such an extent that 140 peptides are currently evaluated in clinical trials and more than 500 in preclinical development. Unfortunately conventional peptide production techniques suffer from many limitations hampering the development of such active ingredients. Indeed, common production strategies utilise inefficient linear and iterative synthesis (no or few fragment coupling strategies), are limited in a wide number of cases (encumbered substrates, long and aggregated peptides, peptides prone to side-product formation such as diketopiperazines and aspartimides), and require huge amount of toxic solvents and reactants. All these limitations are dramatically impacting environmental impact and cost structure, thereby inhibiting social and economical attractiveness of peptide production in Europe. As an answer to this economically damaging situation, the objective of this PhD project is to acquire fundamental knowledge enabling the development of economically attractive and environmentally sound processes for the production of any peptide sequence. To this end, reactors enabling efficient mixing of extremely concentrated solid-containing reaction mixtures such as lab-scale ball-mills will be utilised. The numerous advantages potentially available through the use of these techniques are now clearly established. In the frame of this project, these activation techniques will enable drastic intensification of peptide production processes while reducing their environmental impact (solvent-less/solvent-free conditions, innocuous coupling agents and bases, convergent synthesis, chemicals, time and energy economy). Proof of concept has already been established by the coordinator of the project by synthesising various peptides in a ball-mill. During these syntheses, toxic solvents (DMF, CH2Cl2, NMP) and volatile, corrosive and toxic bases (DIPEA, Et3N) used in conventional techniques were replaced by small amounts of green solvents (EtOAc, tBuOAc) and by innocuous inorganic base (NaHCO3). Yet, this approach was limited to the production of simple and small peptides, thereby limiting the scope of this strategy. Then, the project of this PhD thesis will be to continue studying benefits of utilising ball-mills in peptide synthesis in more challenging situations (fragment couplings, long and aggregated peptides, peptides highly prone to diketopiperazine and aspartimide formation). In a second time, the ability of mechanical forces provided by the ball-mills to allow the disassembly of highly aggregated/self-assembled peptides will be studied. By using lab-scale ball-mills, this project will completely revisit peptide synthesis, solving many problems or limitations encountered in conventional solution-based or supported approaches.