Carine Bebrone, Dr. en Biochimie, Chef de projet chez Symbiose Biomaterials
Cécile Van de Weerdt, Dr. en Biochimie, Group leader au GIGA, laboratoire de Biomimétique moléculaire
Mardi 26 avril
Le biomimétisme moléculaire : du concept universitaire à l'application industrielle.
Liege Creative, en partenariat avec :
Liège Créative 24 avril 2016
Liège Créative - 26/04/2016 1
Le biomimétisme moléculaire : du concept universitaire à l'application industrielle
Sommaire
• Présentation des intervenants
• Biomimétisme moléculaire
• Projet Biocoat
• Technologie GEPI
• Symbiose Biomaterials
• Etude de faisabilité
• Projet ADEKIT (DGO6)
• Autres applications potentielles
• Conclusions
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Présentation des intervenants
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Le GIGA
• Centre de Recherche Académique de l’ULg en Géno-protéomique
• Site du CHU Sart Tilman
• 590 membres, 5 facultés
• 7 plateformes technologiques
• GIGA business facility : 23 compagnies, 75 employés
Equipe de Biomimétique Moléculaire du GIGA
• Recherches fondamentales :
études des relations qui unissent
la séquence – structure – fonction des protéines
• Recherches appliquées :
ingénierie des protéines pour le développement
de revêtements fonctionnels bio-inspirés
séquence en acides aminés
protéine repliée fonctionnelle
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Symbiose Biomaterials s.a.
Réponse à des besoins non rencontrés – Facteur de différenciation Produits à plus haute valeur ajoutée
Biomimétisme moléculaire
Revêtements bioactifsAdhésifsNano-détection
Tri / récupération
INSPIRATION DE LA NATURE
DÉVELOPPEMENT DE PRODUITS ET PROCÉDÉS INNOVANTS
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Biomimétisme moléculaire
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La biomimétique moléculaire
• Discipline qui s’inspire de la nature pour construire à l’échelle
moléculaire des assemblages hiérarchisés
• Démarche en 3 temps :
repérer la fonction => étude des mécanismes moléculaires => inspiration
• Exemples :
peptides
antimicrobiens
adhésifs waterproofspeptides spécifiques qui
organisent la matière inorganique
à l’échelle moléculaire
Nacre
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Projet Biocoat
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Projet Biocoat :
3 PPP (2006-2012)
Équipe pluridisciplinaire :
Objectif : revêtements biomimétiques innovants sur acier
Prise en compte des contraintes technico-économiques au niveau industriel
Résultats au terme de 6 années de recherche :
- 12 publications + 2 demandes de brevets (1 accepté, 1 en révision)- Compétences « vertes » nouvelles en biomimétisme moléculaire
Boîte à outils Biocoat et étude de marché
Création de Symbiose Biomaterials (2013)
Origine de cette recherche :
Biologie MatériauxChimie
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Technologie GEPI
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La technologie GEPI
inspiration via les outils
de la biologie moléculaire
et de la chimie
protéines
qui lient
le carbonate
de calcium
peptides qui lient spécifiquement
la matière inorganique (GEPI)
phage
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CONFIDENTIAL 13
phage
La technologie GEPI : phage display(biologie moléculaire)
P3
peptide exposé
P8
peptide
d’enveloppe
(3000 copies)
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La technologie GEPI : phage display
librairie de phages
(109 peptides différents )
amplificationdans la bactérie
sélection sur la surface d’intérêt
récupération des phages avec forte liaison
identification de la séquence des peptides exposés (GEPI)
Liège Créative - 26/04/2016
La technologie GEPI : haute spécificité
Materiel Séquences
Au (111)
Au (001)
MHGKTQATSGTIQS
SKTSLGQSGASLQGSEKLT
NG
Pt DRTSTWR
QSVTSTK
Pd SVTQNKY
SPHPGPY
Ag AYSSGAPPMPPF
NPSSLFRYLPSD
SiO2 MSPHPHPRHHHT
RGRRRRLSCRLL
KPSHHHHHTGAN
Zeolites VKTQATSREEPPRLPSKHR
PG
MDHGKYRQKGATPG
ZnO NTRMTARQHANHKSTQ
VRTRDDARTHRK
CaCO3 HTQNMRMYEPWF
DVFSSFNLKHMR
Cr2O3 VVRPKAATN
RIRHRLVGQ
Fe2O3 RRTVKHHVN
GaAs AQNPSDDNNTHTH
RLELAIPLQGSG
TPPRPIQYNHTS
ZnS NNPMHQN
C nanotube HWSAWWIRSNQS
PPyCl THRTSTLDYFVI
composition chimique, structuration (poudre, surface) , forme cristallographique
Force liaison GEPI - surface inorg : ordre du nNLiège Créative - 26/04/2016
La technologie GEPI : mise en œuvre des GEPI
via la biologie moléculaire et la chimie
7 to
12
am
ino
acid
s
NH2
double GEPI (liaison sur surface – liaison à un substrat)
GEPI -protéine
GEPI en multiple copiesCOOH
sites pour
liaison
covalente
GEPI -fluorophore (reconnaissance)
GEPI exposés sur le phage (en 5 copies sur la p3 et 3000 copies sur la p8)Liège Créative - 26/04/2016
Deux exemples d’applications de la
technologie GEPI développés au GIGA :
• Contrôle de qualité d’une surface :
GEPI ZnO couple à une molécule fluorescente
• Tri de nanopoudres (collaboration avec le Sirris)
• Autres applications en développement : projet Massette et étude de faisabilité avec le GEMME
ZnO
Cu2O
GEPI-ZnO
ZnO
Cu2O
GEPI-ZnO
ZnO
Cu2O
GEPI-ZnO
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Symbiose Biomaterials
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Symbiose Biomaterials s.a.
Création en juin 2013
Plateforme d’Innovation labellisée par le Pôle MecaTech
8 personnes (6 R&D) et réseau de partenaires
Située au GIGA – site du CHU de Liège
Double incubation
Actionnariat mixte public - privé
6 années de recherches pour développer des
revêtements bio-inspirés sur acier
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Description Applications
Biomolécules actives
Protéines / peptides / enzymes :
• Antimicrobien
• Anti-biofilm
• Anti-graisse
• Adhésif
• …
Composés actifs pour des revêtements fonctionnels
Exemples: • Revêtement antibactérien sur dispositif
médical, dont les implants dentaires• Revêtements anti-traces de doigts sur
verre et acier
Peptidesspécifiques(GEPI)
Peptides capables de se lier spécifiquement à :
• Cibles organiques (pathogènes, pesticides, polymères…)
• Cibles inorganiques (métaux, oxydes, céramiques…)
Nano-détection – Fonctionnalisation – Tri
Exemples: • Détection d’amiante• Détection de pathogènes ou
de contaminants pharmaceutiques
Polymères bio-inspirés
Polymères à base de L-DOPA
Adhesifs, primaires ou coatings
Symbiose Biomaterials –domaines d’expertise
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Prospection - brainstorming
• Première année : rencontre avec plus de 100 entreprises et centres de recherche
brainstorming
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Les GEPIs pourraient-ilsêtre utilisés pour détecterla présence d’amiante dansun matériau ?
Amiante (2 grandes familles)
• groupe de silicates contenant du magnésium, du fer, du sodium ou du calcium, ayant une structure fibrillaire et naturellement présents dans le sol.
• a eu de nombreuses applications commerciales en raison de sa durabilité et de sa résistance aux températures élevées.
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Chrysotile
Amphiboles (crocidolite, amosite, anthophyllite, actinolite, trémolite)
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Présence d’amiante
Environ 3000 articles !
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Objectif : preuve de concept de l’utilisation de GEPI pour la détection de
l’amiante (chrysotile) dans les matériaux
Technologie utilisée :
peptides spécifiques (GEPIs)
Etude de faisabilité (2014)
GEPIMolécule
fluorescente
Molécule qui induit un changement de couleur
Microscope à fluorescence
Fibres d’amiante
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Projet ADEKIT(financé par la DGO6)
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Objectif : développement d’un kit de détection in situ de l’amiante
(chrysotile et amphiboles) dans les matériaux
- Fiable
- Facile d’utilisation
- Rapide
- Peu coûteux
Projet ADEKIT
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Sélection de séquences peptidiques
Cycles de sélection :
27
La population de phages est exposée à la substance d’intérêt.
Répétition du cycle
Peptide (7, 7 cyclique ou 12 aa)
Phage = virus de bactéries
Lavage
3 librairies de phage différentes (7, 7 cyclique ou 12 aa)
3 conditions différentes :- NaCl 150 mM- Sans sel- KNO3 150 mM
Elution
Amplification
Liège Créative - 26/04/2016
• Chrysotile • Amphiboles
Crocidolite Amosite
Observation par fluorescence
Iso 800 / 10x / 200 msGEPI1
Iso 800 / 20x / 2 sGEPI12
Iso 800 / 10x / 100 msGEPI3
Iso 800 / 10x / 100 msGEPI1
Chrysotile Fibre de verre Wollastonite Talc NYTAL
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Utilisation d’une enzyme qui conduit à un changement de couleur d’une
solution révélatrice
Production en bactérie d’une protéine-fusion combinant 5 x le GEPI et la b-lactamase
GEPI5-TEM
Observation dans le visible
b-lactamase TEM
Liège Créative - 26/04/2016 29
Fibre pures de chrysotile :
Fibre dans des matériaux :
Observation dans le visible
A - Tuile en amiante-ciment + GEPIB - Tuile en amiante-ciment sans GEPI-TEMC - Fibre de verre + GEPI-TEM
A B C
A. Chrysotile ZimbabweB. Chrysolite CanadaC. Fibre de verre (contrôle -)
A B C
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Planning prévisionnel
2015 2016 2017
Juin Juil Août Sept Oct Nov Dec Janv Fév Mars Avril Mai Juin Juil Août Sept Oct Nov Déc Janv Fév Mars Avril Mai Juin
Développement laboratoire
Prototypage
Etude de marché
Commercialisation
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Utilisateurs potentiels - Belgique
• Entrepreneurs et corps de métier Rénovation intérieure / démolition
Rénovation énergétique
Entreprises du bâtiment concernées en RW* : 20 000
Au niveau belge : 3x plus
• Architectes (avant l’entame d’un chantier)
6197 à l’Ordre des Architectes (= RW et RG)
• Particuliers qui rénovent eux-mêmes
• Parcs à conteneursWallonie : 218** – Bruxelles : 2 – Flandre : 351***
*Rapport d’activités CCW 2010.
** http://owd.environnement.wallonie.be/xsql/34.xsql?canevas=acteur_exploitant
*** http://www.recyclingplatform.nl/content/containerparken-provincie-belgi%C3%ABLiège Créative - 26/04/2016 32
Démarche marketing
• Enquête BatibouwEnquête menée à la sortie du salon Batibouw les 4 et 5 mars 2016
Nombre de réponses : 218
• Enquête « grand public » et « professionnels »Enquête en ligne lancée début mars Nombre de réponses : 93 le 15/04/2016
• Enquête « professionnels »Enquête en ligne lancée début avrilNombre de réponses : 35 le 20/04/2016
Liège Créative - 26/04/2016 33
Caractéristiques du kit
Quelles doivent être les qualités du kit ? (219 répondants - plusieurs réponses possibles)
61
36
63
105
6
4
6
0 20 40 60 80 100 120
Simplicité d’utilisation
Faible coût d’utilisation
Rapidité de résultats
Fiabilité des résultats
Portabilité du test / de l’outil
Possibilité de réutiliser le test
Interprétation des résultats
Enquête Batibouw
34
27
16
40
13
2
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45
Facilité d'utilisation
Coût
Rapidité
Fiabilité
Interprétation aisée
Sécurité
Enquête "grand public" et "professionnels"
Importance de la fiabilité, de la rapidité, de la facilité et du faible coût
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ADEKIT - prototypes
• Prototype n°1
35Liège Créative - 26/04/2016
T C+ C-
Zone de dépôt
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• Prototype n°2
ADEKIT - prototypes
Propriété intellectuelle
• Dépôt d’un premier brevet en août 2015 (chrysotile)
• Dépôt d’un second brevet en S2 2016 (amphiboles)
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Autres applications potentielles
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Entre le « fondamental » et l’« appliqué » :un appui de l’Observatoire des tendances pour orienter laréflexion stratégique autour de la technologie GEPI.
Comment?
Enclencher la veille internationale de terrain des agents AWEX/WBI sur base
des résultats d’un paysage brevets réalisé par Picarré.
Pourquoi?
- Connaître la dynamique et la géographie de la technologie GEPI
- Identifier des partenaires, concurrents
- Identifier des domaines d’application
- Détecter des tendances émergentes
[ Observatoire des tendances ]
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[ Paysage brevets (PI2)]
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[ Veille internationale AWEX/WBI ]
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Paysage brevets
Région Wallonne
UK
CoréeJapon
US
Agents de liaisonAgents économiques
Opportunités et tendancespour les industriels
Autres études de faisabilité
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Domaine agro-alimentaire
Autres études de faisabilité
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TiO2 rutile
Peptide de ciblage (GEPI)
Peptide qui liele désinfectant
Domaine para-médical
Domaine industriel (industrie minière)
Autres études de faisabilité
Liège Créative - 26/04/2016 44
Mise en oeuvre sur un filtre
Dépollution
Conclusions
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CONCLUSIONS
• Moments-clés PPP Biocoat
Création de Symbiose
Rencontre avec le CSTC
• Facteurs-clés du succès Équipe pluridisciplinaire
Proximité des acteurs
Réseau et brainstorming
Aides régionales
Réglementation: levier plus que contrainte
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CONCLUSIONS
• Obstacles
Temps nécessaire au développement
• Craintes
Marketing, commercialisation potentielle
Protection du brevet insuffisante
• Rêves pour le futur
Que le kit amiante devienne une référence mondiale…
Qu’un des 6 autres projets à l’étude suive le même chemin…
47Liège Créative - 26/04/2016