Méthodes chimiométriques inspirées du vivant pour la détermination simultanée par spectrophotométrie UV de la molnupiravir, du nirmatrelvir et du favipiravir dans des formulations pharmaceutiques et des échantillons environnementaux

Pourquoi il est important d’analyser les pilules contre la COVID-19 et l’eau

Avec la généralisation des traitements contre la COVID-19 tels que la molnupiravir, le nirmatrelvir et le favipiravir, un nouveau défi est apparu : comment vérifier rapidement, à moindre coût et en toute sécurité que ces médicaments sont correctement fabriqués et que les résidus pharmaceutiques ne polluent pas les ressources en eau. Les techniques de laboratoire classiques peuvent être précises mais sont souvent lentes, coûteuses et génèrent de grands volumes de déchets chimiques. Cette étude propose une approche plus écologique et économique pour mesurer les trois médicaments simultanément, en utilisant des mesures optiques simples et des algorithmes informatiques intelligents plutôt que des instruments lourds.

Trois antiviraux, un problème analytique croissant

La molnupiravir, le nirmatrelvir (composant principal du Paxlovid) et le favipiravir ciblent le coronavirus par des mécanismes différents et sont parfois étudiés ensemble dans des thérapies combinées. Ils peuvent aussi se retrouver conjointement comme contaminants dans les eaux usées hospitalières. Les laboratoires de contrôle qualité doivent analyser plusieurs produits partageant les mêmes lignes de fabrication pour éviter les contaminations croisées, tandis que les scientifiques de l’environnement veulent suivre la quantité de ces médicaments dans les milieux aquatiques. Avant ce travail, il n’existait pas de méthode simple basée sur la lumière ultraviolette (UV) permettant de déterminer les trois composés en une seule analyse. La plupart des approches existantes reposaient sur des chromatographies liquides avancées et la spectrométrie de masse, qui nécessitent des instruments coûteux, des opérateurs spécialisés et beaucoup de solvants organiques.

Transformer des signaux lumineux qui se chevauchent en réponses claires

La spectrophotométrie UV, qui mesure l’absorption de lumière d’un échantillon, est peu coûteuse, rapide et largement disponible. Mais les trois antiviraux absorbent la lumière UV dans des zones très similaires et leurs spectres se chevauchent fortement. Il est donc impossible de déduire directement la quantité de chaque médicament à partir du signal brut. Les auteurs ont résolu ce problème en combinant des mesures UV et la chimiométrie, une approche d’analyse de données axée sur la reconnaissance de motifs. Ils ont comparé deux stratégies de recherche informatiques inspirées du vivant — des algorithmes génétiques, vaguement modelés sur l’évolution, et l’algorithme des lucioles, inspiré de la façon dont les lucioles se dirigent vers des éclats lumineux — pour sélectionner les longueurs d’onde les plus informatives. Ces longueurs d’onde soigneusement choisies ont ensuite été traitées par régression par moindres carrés partiels, capable de démêler les contributions de chaque médicament même lorsque leurs signaux sont entremêlés.

Lucioles contre algorithmes génétiques : quel algorithme l’emporte ?

Pour construire et tester leurs modèles, les chercheurs ont préparé des dizaines de mélanges contenant des quantités connues de chaque médicament, couvrant des gammes de concentration réalistes. Ils ont entraîné des modèles basés sur l’algorithme génétique et des modèles basés sur l’algorithme des lucioles, puis évalué leur capacité à prédire les niveaux de médicament dans de nouveaux mélanges inconnus. L’approche des lucioles a produit des modèles plus simples, utilisant moins de longueurs d’onde, nécessitant moins de paramètres internes et offrant toutefois une meilleure précision prédictive. Pour les trois antiviraux, les modèles des lucioles ont atteint des corrélations très élevées entre valeurs prédites et valeurs réelles (R² supérieures à 0,996) et de faibles erreurs de prédiction. Les graphiques des résidus — montrant l’écart entre les prédictions et la vérité — étaient plus resserrés et plus aléatoirement dispersés pour la méthode des lucioles, indiquant un comportement plus fiable et moins de biais cachés.

Comprimés réels, eau réelle et empreinte écologique réduite

Une fois la méthode basée sur les lucioles ajustée et validée selon des lignes directrices internationales, l’équipe l’a appliquée à des échantillons du monde réel. Ils ont analysé des produits commerciaux contenant chacun des trois antiviraux et constaté que leurs résultats concordaient avec ceux d’une méthode publiée de chromatographie liquide haute performance, tant en précision qu’en exactitude. Ils ont également enrichi de l’eau du robinet avec des quantités connues des médicaments et récupéré environ 95 % à 104 % de ce qui avait été ajouté, montrant que l’approche fonctionne en contexte environnemental après une simple étape d’extraction. Pour évaluer son impact environnemental, les auteurs ont utilisé plusieurs systèmes de notation « verts » prenant en compte l’usage de solvants, la consommation d’énergie, les déchets, la praticabilité et la durabilité globale. Sur plusieurs métriques indépendantes, la méthode a obtenu des scores allant de « bon » à « excellent », principalement parce qu’elle évite des flux continus de solvants organiques et utilise du matériel peu énergivore et largement disponible.

Ce que cela signifie pour les laboratoires et l’environnement

Ce travail démontre qu’un simple spectrophotomètre UV, associé à des longueurs d’onde judicieusement choisies et à un traitement de données inspiré du vivant, peut rivaliser avec des instruments plus complexes pour le suivi des médicaments anti-COVID importants, tant dans les produits pharmaceutiques que dans l’eau. L’approche basée sur les lucioles fournit des mesures précises, réduit les coûts et diminue les déchets chimiques, la rendant attractive pour le contrôle qualité de routine et pour les contextes à ressources limitées où la chromatographie avancée et la spectrométrie de masse sont inaccessibles. En termes concrets, l’étude montre que, grâce à des algorithmes intelligents, de simples mesures lumineuses peuvent aider à garantir que les pilules antivirales sont bien fabriquées et que leurs résidus ne s’accumulent pas silencieusement dans notre environnement.

Citation: Abdelzaher, A.M., Al kamaly, O. & Rahman, M.A.A. Bio-inspired chemometric methods for simultaneous UV spectrophotometric determination of molnupiravir, nirmatrelvir, and favipiravir in pharmaceutical formulations and environmental samples. Sci Rep 16, 12590 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-49288-3

Mots-clés: Antiviraux COVID-19, Spectrophotométrie UV, Analyse chimiométrique, Chimie analytique verte, Surveillance environnementale