Le biomimétisme moléculaire : du concept universitaire à l'application industrielle par Cécile Van de Weerdt et Carine Bebrone | LIEGE CREATIVE, 26.04.16

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


Présentation des intervenants


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

Liège Créative - 26/04/2016

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


Biomimétisme moléculaire


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


Projet Biocoat


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


Technologie GEPI


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


CONFIDENTIAL 13

phage

La technologie GEPI : phage display(biologie moléculaire)

P3

peptide exposé

P8

peptide

d’enveloppe

(3000 copies)


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)


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


Symbiose Biomaterials


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

19Liège Créative - 26/04/2016

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


Prospection - brainstorming

• Première année : rencontre avec plus de 100 entreprises et centres de recherche

brainstorming


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.

22

Chrysotile

Amphiboles (crocidolite, amosite, anthophyllite, actinolite, trémolite)


Présence d’amiante

Environ 3000 articles !


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


Projet ADEKIT(financé par la DGO6)


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


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


• 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


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


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


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


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

http://owd.environnement.wallonie.be/xsql/34.xsql?canevas=acteur_exploitant

http://www.recyclingplatform.nl/content/containerparken-provincie-belgi%C3%AB

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


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


ADEKIT - prototypes

• Prototype n°1


T C+ C-

Zone de dépôt


• 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)


Autres applications potentielles


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 ]


[ Paysage brevets (PI2)]


40

[ Veille internationale AWEX/WBI ]


Paysage brevets

Région Wallonne

UK

CoréeJapon

US

Agents de liaisonAgents économiques

Opportunités et tendancespour les industriels

Autres études de faisabilité


Domaine agro-alimentaire



TiO2 rutile

Peptide de ciblage (GEPI)

Peptide qui liele désinfectant

Domaine para-médical

Domaine industriel (industrie minière)



Mise en oeuvre sur un filtre

Dépollution

Conclusions


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


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…


Science

Le biomimétisme moléculaire : du concept universitaire à l'application industrielle par Cécile Van de Weerdt et Carine Bebrone | LIEGE CREATIVE, 26.04.16