205 - Nature et interactions de la matière

Le principe de Locard en science forensique stipule que tout contact laisse une trace. La trace odorifère n’y échappe pas et le polymorphisme des parfums invite à s’intéresser à son transfert lors d’un contact criminel, d’autant plus que les limites de détection de nos appareils analytiques permettent leur détection à un faible niveau quantitatif.

Les problématiques associées à cette recherche sont le manque de littérature sur le mécanisme de transfert des parfums et les modalités d’association d’une trace de parfum, nécessairement imparfaite, dégradée, mélangée à sa source.

Commençant par s’intéresser au phénomène de transfert, cette recherche visera le développement d’une méthodologie pour distinguer des parfums sur des textiles, tels que le coton, support poreux et le polyester, support lisse.

L’analyse suivra la méthode développée par Gherghel, S. et al.(2018). L’extraction des composés volatils organiques se fera par SPME et la séparation ainsi que l’identification des composés se fera à l’aide de la chromatographie en phase gazeuse couplée à la spectrométrie de masse.

Cette recherche de premier cycle possède une dimension exploratoire visant à initier des recherches de cycles supérieurs en science forensique dédiées à l’interprétation de ces traces. 

Elle participera à protéger les citoyens victimes d’agressions, en proposant la trace parfumée comme une preuve recevable, pour autant que la force de l’association entre cette trace et le parfum puisse être quantifiée. 

Depuis quelques années, les cannabinoïdes synthétiques (c.-à-d. issus de la chimie et non des plantes) sont de plus en plus répandus dans les saisies à travers le monde. Ils sont souvent présentés comme des mélanges à fumer à base de plantes (c.-à-d. des herbal smoking blend) avec des noms communs tels que Spice ou K2. Ils sont généralement consommés en combinaison avec de la marijuana pour en altérer les effets, ce qui cause beaucoup de problèmes de santé, et parfois la mort, chez les consommateurs. Bien que le contexte mondial soit plutôt bien connu, on retrouve peu de données spécifiques au Canada, encore moins sur la situation au Québec.

Le projet consiste à brosser un portrait statistique comparatif de la problématique des cannabinoïdes synthétiques en regard des saisies et des cas de surdose, mais aussi au niveau de la législation concernant ces substances pour identifier les actions qui devraient être entreprises dans un futur proche.

(Pr. Simon Ricard en partenariat avec Béatrice Garneau et Brigitte Desharnais du département de toxicologie du LSJML)

La maladie de Parkinson (MP) est une maladie débilitante dont les symptômes s'aggravent progressivement avec le temps. Ces symptômes, tels que des tremblements, un ralentissement des mouvements et la rigidification des muscles, affecteront 1 Canadien sur 500. La MP se caractérise par l'apparition d'agrégats de protéines appelés α-synucléine (α-Syn). Il a été démontré que l'inhibition d’une sérine protéase appelée prolyl oligopeptidase (POP) est associée à une diminution de ces agrégats. Par ailleurs, une activité anormale de cette protéase est observée chez les patients à différents stades de la maladie, faisant de POP une cible intéressante pour le développement de thérapies contre la MP. Notre équipe conçoit et développe des inhibiteurs de POP en utilisant une combinaison d’amarrage moléculaire, de synthèse et de tests biologiques. En particulier, trois de nos composés ont surpassé l'inhibiteur de POP de référence lors de tests d'agrégation de l’α-Syn dans des neurones vivants. Ces résultats nous amènent à affiner davantage ces échafaudages prometteurs en un médicament candidat viable. Par conséquent, nos recherches actuelles se concentrent sur la conception et la préparation d'inhibiteurs de POP avec une puissance accrue. Lors de cette présentation, nous démontrerons l'utilisation de notre logiciel d’amarrage FITTED dans la conception assistée par ordinateur de nouveaux analogues ainsi que la synthèse des composés sélectionnés et leur évaluation in vitro avant d'être testés dans des essais d'agrégation de l’α-Syn.

Le domaine de la catalyse asymétrique a révolutionné la synthèse organique au cours des cinquante dernières années, non seulement en rendant de nouvelles réactions possibles ou plus rapides, mais aussi en favorisant la synthèse d’un seul stéréoisomère comme produit principal. Cependant, le développement de nouveaux catalyseurs chiraux reste un véritable défi qui se traduit souvent par un processus long et laborieux, nécessitant la synthèse et l'évaluation de plusieurs ligands et catalyseurs de manière itérative.

Au cours des dernières décennies, le criblage virtuel a été largement adopté comme outil de conception moléculaire en chimie médicinale pour accélérer la découverte de médicaments. En revanche, la chimie computationnelle reste sous-utilisée en tant que méthode de prédiction et de conception de catalyseurs.

Afin d’assister la découverte de nouveaux catalyseurs, nous proposons l’intégration de la chimie organique synthétique et de la chimie computationnelle. Nous avons alors développé Ace, un programme unique de prédiction de l'énantiosélectivité des réactions asymétriques couplé à une plateforme logicielle entièrement automatisée, Virtual Chemist. Nous avons alors réussi à reproduire plus de 350 énantiosélectivités expérimentales pour sept classes de réaction avec une erreur assez faible pour distinguer les classes de stéréosélectivités et déterminer le produit principal obtenu dans une réaction. Nous présenterons les dernières avancées de projet et ses applications.

Dans le cadre de sa maîtrise à l’Université du Québec à Trois-Rivières (UQTR), Clodie Gagné-Blais a découvert que le complexe Zn-hydroxiquinoline semble efficace pour révéler des traces latentes en visant les lipides présents sur ces dernières. Il permet d’obtenir une fluorescence de la trace sur des surfaces poreuses à la suite d'un trempage de 15 minutes dans une solution éthanol/eau. Ce dernier élément est particulièrement pertinent puisqu’aucune technique reconnue ou utilisée ne permet de révéler des traces latentes potentiellement cruciales à une enquête judiciaire sur des surfaces poreuses foncées ou colorées. Le développement d’une méthode fluorescente est une solution intéressante. Toutefois, celle proposée par Gagné-Blais n’est pas optimisée, et plusieurs avenues doivent encore être explorées.

L’objectif principal du projet est donc de développer une méthode de révélation des traces digitales latentes fluorescente et opérationnelle à partir de la molécule d’hydroxynoline.

Cela requiert, dans un premier temps, une revue complète de la littérature ainsi que plusieurs expérimentations pour s’assurer de la reproductibilité de ce qui a été fait. Ensuite, le Zn sera remplacé par un autre agent chélatant (aluminium, bore). Chaque nouveau complexe synthétisé sera comparé au complexe Zn-hydroxiquinoline en termes d’intensité de fluorescence, de facilité d’application, de reproductibilité et de limite de détection (déplétion de traces). La méthode la plus prometteuse sera optimisée pour une utilisation opérationnelle.

Depuis quelques années, les cannabinoïdes synthétiques (c.-à-d. issus de la chimie et non des plantes) sont de plus en plus répandus dans les saisies à travers le monde. Ils sont souvent présentés comme des mélanges à fumer à base de plantes (c.-à-d. des herbal smoking blends) avec des noms communs tels que Spice ou K2. Ils sont généralement consommés en combinaison avec de la marijuana pour en altérer les effets, ce qui cause beaucoup de problèmes de santé, et parfois la mort, chez les consommateurs. Bien que le contexte mondial soit plutôt bien connu, on retrouve peu de données spécifiques au Canada, encore moins sur la situation au Québec.

Le projet consiste à brosser un portrait des familles chimiques de cannabinoïdes synthétiques retrouvés au Canada. Une comparaison des voies métaboliques connues pour certains dérivés permettra d’identifier des biomarqueurs adéquats pour doser et distinguer les cannabinoïdes synthétiques dans les matrices biologiques communes.

Le fentanyl est une drogue synthétique dont le potentiel analgésique vaut environ 100 fois celui de la morphine et 50 fois celui de l'héroïne. Depuis quelques années, il est de plus en plus répandu dans les saisies de drogues au Canada. Le fentanyl peut être ajouté en petites quantités dans des drogues (p. ex. la cocaïne) pour en augmenter les effets, ce qui cause beaucoup de problèmes de santé, et parfois la mort, chez les consommateurs.

Le projet consiste à déterminer si le test présomptif classique utilisé pour détecter la présence de cocaïne (c.-à-d. test de Scott) peut être réalisé à différents pH, si le contrôle du pH peut permettre d’évaluer la présence de fentanyl et si l’effet du pH est mesurable par spectroscopie UV-visible.

Les coronavirus constituent une large famille de virus associés à des maladies graves telles que le syndrome respiratoire aigu sévère (SRAS), le syndrome respiratoire du Moyen-Orient (SRMO) et la pandémie de COVID-19. À lui seul, le COVID-19 a entraîné plus de 600 millions de cas et 6 millions de décès, soulignant le besoin urgent de médicaments puissants contre ces virus mortels. Une protéase virale appelée 3-chymotrypsin-like protéase (3CL^pro) a été identifiée comme une cible prometteuse pour le développement de thérapies contre les coronavirus en raison de son rôle essentiel dans la réplication virale. La 3CL^pro étant une protéase à cystéine, elle se prête à une inhibition covalente. Les inhibiteurs covalents contiennent des groupes fonctionnels capables de se lier de manière irréversible à un résidu cystéine réactif dans le site actif de la 3CL^pro, ce qui donne des inhibiteurs très puissants. En utilisant une combinaison d’amarrage moléculaire, de synthèse et de tests biologiques, notre équipe a développé plusieurs des inhibiteurs covalents avec une activité submicromolaire in vitro. Ces inhibiteurs ont également démontré une activité contre les cellules infectées. Lors de cette présentation, nous démontrerons l'utilisation de notre logiciel d’amarrage FITTED dans la conception assistée par ordinateur d’inhibiteurs covalents ainsi que la synthèse des composés sélectionnés et leur évaluation in vitro avant d'être testés dans des essais de cellules infectées.

Évaluation de l’impact de la présence de fentanyl dans la cocaïne lors de l’utilisation des tests présomptifs de Marquis et Scott (Pr. Simon Ricard)

Le fentanyl est une drogue synthétique dont le potentiel analgésique vaut environ 100 fois celui de la morphine et 50 fois celui de l'héroïne. Depuis quelques années, il est de plus en plus répandu dans les saisies de drogues au Canada. Le fentanyl peut être ajouté en petites quantités dans des drogues (p.ex. la cocaïne) pour en augmenter les effets, ce qui cause beaucoup de problèmes de santé, et parfois la mort, chez les consommateurs.

Le projet consiste à déterminer si les tests présomptifs classiques utilisés pour détecter la présence de cocaïne (i.e. Marquis et Scott, successivement) sont affectés par l’introduction de différentes proportions de fentanyl et à déterminer si l’effet est mesurable par spectroscopie UV-visible.

Les chapeaux de fer sont des formations géologiques ayant façonné la surface de la Terre et possiblement de Mars. Ce sont des dépôts de surface de plusieurs mètres de diamètre riches en fer oxydé, ce qui cause leur couleur ocre caractéristique visible à la surface, et ils sont des cibles pour la recherche d’anciennes traces de vie. Plusieurs méthodes de traitement d’images satellites sont utilisées pour la localisation des chapeaux de fer, mais leurs mélanges de minéraux à grains fins affectent les résultats. L’objectif principal du projet est d’améliorer les connaissances sur la géologie et la télédétection des chapeaux de fer afin d’évaluer leur potentiel de détection par images satellites. En juillet 2022, des échantillons de chapeaux de fer ont été acquis sur l’île Axel Heiberg, puis ont été analysés en laboratoire afin de déterminer leurs caractéristiques spectrales, minéralogiques et chimiques. Cela mène à la création d’une librairie spectrale de matériaux analogues utilisée pour appliquer des méthodes de télédétection adaptées aux minéraux mélangés, telles que le démixage spectral, et d’évaluer leur efficacité en contexte terrestre. Cette librairie est ensuite utilisée pour explorer le potentiel de détection des chapeaux de fer martiens. Cette présentation expose des résultats préliminaires liés au raffinement des méthodes de cartographie traditionnelles, qui pourraient être applicables aux missions d’exploration spatiale dans la recherche d’anciennes traces de vie.

La conception de nouveaux antibiotiques est en retard par rapport à la résistance que les bactéries développent à ceux-ci, réduisant du coup l’éventail des outils thérapeutiques à notre disposition pour traiter les infections bactériennes. Notre contribution à ce défi fondamental du 21^e siècle porte sur le développement d’une nouvelle plateforme de détection formée de biocapteurs électroniques basés sur un réseau de nanotubes de carbone. L’application de cette plateforme a été récemment démontrée en laboratoire par nos collaborateurs pour la détection de bêta-lactamases associés à la résistance aux pénicillines, l’une des plus grandes classes d’antibiotique utilisées en clinique.

Encouragés par ces résultats promoteurs, nous développons une méthodologie intégrée combinant le pouvoir prédictif de simulations à la conception en laboratoire pour optimiser la sensibilité de ce biocapteur électronique. Nous démontrons que les simulations apportent un nouvel éclairage sur le fonctionnement de ce biocapteur, révélant du coup les meilleures pratiques pour associer les protéines réceptrices aux nanotubes afin d’optimiser le signal électrique généré par le biocapteur lorsque les protéines réceptrices lient les bêta-lactamases. À terme, cette nouvelle procédure jumelant prédictions par simulation et conception en laboratoire offrira une approche rigoureuse de développement pour les biocapteurs électroniques, dont ceux pour la détection de la résistance aux antimicrobiens.

Un des problèmes fondamentaux de la physique est l'origine de l’asymétrie baryonique : pourquoi y a-t-il plus de matière que d’antimatière dans l’univers ? La solution doit nécessairement impliquer la violation de la symétrie CP (conjugaison de charge et parité), qui relie la matière et l'antimatière. La violation CP (VCP) a été mesurée dans des processus à basse énergie, mais l'effet est trop petit pour expliquer l’asymétrie baryonique. Il doit donc y avoir d'autres sources de la VCP. Un paramètre qui caractérise la VCP à basse énergie est la phase gamma. Dans ce projet, nous proposons une nouvelle méthode pour mesurer cette phase. L'objectif est que la valeur obtenue soit différente d'autres mesures, indiquant donc l'implication de nouvelle physique. Pour la méthode, nous supposons qu’il existe une symétrie, U spin, entre les quarks down (d) et strange (s). Avec cette symétrie, il y a de nouvelles relations entre certaines désintégrations de mésons B en deux mésons (particules formées d’un quark et d’un antiquark). Cette supposition n’est pas déraisonnable puisque ces deux quarks ont une charge identique et une masse très similaire. Malheureusement, comme ce n’est pas tout à fait exact, on s’attend à ce que cette approximation introduise une erreur de 30 % à la manière de méthodes similaires. Les relations nous permettent de mesurer gamma en utilisant les données actuelles collectées dans différentes expériences ou bien d’obtenir une mesure de l’erreur de U Spin.

La relation M-sigma est une corrélation empirique linéaire entre la masse d'un trou noir (TN) supermassif et la dispersion des vitesses stellaires de sa galaxie hôte, qui est un indicateur de la masse de cette dernière. Cette relation est fondamentale en astrophysique puisqu'elle nous permet de mieux comprendre la coévolution entre ces deux objets célestes.

Les analyses faites sur cette corrélation, grâce à des données provenant de télescopes, démontrent un aplanissement de la courbe à basses valeurs de sigma, alors que les simulations numériques prédisent que la courbe devrait continuer à diminuer. Cette inconsistance entre les résultats des deux méthodes suggère que l'aplanissement est dû à une limite dans nos capacités observationnelles puisqu'il est très difficile de mesurer la masse d'un TN de basse masse. Ces analyses négligent souvent les trous noirs ayant seulement une limite supérieure sur leur masse, soit une très grande incertitude. Cependant, ceux-ci suggèrent que certaines galaxies puissent ne pas avoir un TN central.

Nous avons appliqué une méthode statistique innovatrice qui permet d'inclure à la fois les trous noirs avec des limites supérieures sur leur masse, ainsi que la probabilité qu'une galaxie n'ait pas de TN central. Notre méthode consiste à appliquer un modèle linéaire généralisé, basé sur la statistique bayésienne, à la relation M-sigma. Grâce à ce modèle, nous avons obtenu les premiers résultats observationnels en accord avec les prédictions des simulations.