Innovation technologique Liliane Bettencourt (2024-2025) - Sébastien Lecommandoux

Sébastien Lecommandoux

Collège de France

Innovation technologique Liliane Bettencourt (2024-2025)

Année 2024-2025

Colloque - Advancing Biomaterials: Biomimetic and Biohybrid Innovations

Welcome and Introduction

Sébastien Lecommandoux

Enseignant-chercheur au Laboratoire de chimie des polymères organiques, Bordeaux INP, professeur invité du Collège de France

Présentation

Le colloque se concentrera sur les innovations de pointe en matière de biomatériaux, avec un focus sur les organelles synthétiques fonctionnelles et les (bio)matériaux biomimétiques. Ces matériaux, inspirés par les systèmes naturels, sont conçus pour reproduire et améliorer les fonctions biologiques dans des applications médicales avancées. Un aspect central des discussions portera sur les auto-assemblages supramoléculaires multi-échelle et multi-composants, des structures dynamiques capables de s'organiser spontanément, avec des implications directes pour la médecine régénérative, les systèmes de délivrance de médicaments ou à plus long terme dans les neurosciences.

Les sessions exploreront également la nanotechnologie moléculaire biomimétique, une approche qui utilise des stratégies inspirées par la nature pour concevoir des systèmes à l'échelle nanométrique capables de répondre aux défis thérapeutiques. Le rôle des polymères thérapeutiques sera mis en avant, avec une attention particulière aux polypeptides bioinspirés, qui, grâce à leur versatilité et leur biocompatibilité, dont énormes et récents progrès ouvrent de nouvelles perspectives.

Le colloque traitera également des systèmes biohybrides à base de protéines, fusionnant des composants biologiques et synthétiques pour créer des matériaux multifonctionnels. Ces systèmes, intégrant des mécanismes du vivant et des matériaux artificiels, offrent des perspectives uniques pour développer des solutions thérapeutiques innovantes, notamment en immunothérapie et en oncologie. Ce rendez-vous scientifique mettra en lumière les intersections entre biologie et chimie des matériaux, et leur potentiel pour transformer la médecine moderne.

Sébastien Lecommandoux

Collège de France

Innovation technologique Liliane Bettencourt (2024-2025)

Année 2024-2025

08 - Biomatériaux de demain : polymères biomimétiques et biohybrides - Biomimétisme, biodégradabilité et (bio)recyclabilité des polymères : enjeux et opportunités

Sébastien Lecommandoux

Collège de France

Innovation technologique Liliane Bettencourt (2024-2025)

Année 2024-2025

Biomatériaux de demain : polymères biomimétiques et biohybrides

Séminaire - Christophe Chassenieux & Daniel Taton : Biomimétisme, biodégradabilité et (bio)recyclabilité des polymères : enjeux et opportunités

Intervenant(s) :

Christophe Chassenieux

Professeur des Universités, IMMM, Le Mans Université

Daniel Taton

Professeur, Université de Bordeaux

Résumé de l'intervention de Christophe Chassenieux

Les protéines comme nouvelles sources de matériaux

Par-delà leur utilisation quotidienne dans notre alimentation, les protéines sont également autant de briques fonctionnelles pouvant être mises en œuvre pour obtenir des matériaux avec des propriétés d'intérêt. À ce titre, la caséine du lait a été la source de matières plastiques comme la galalithe dès le XIXe siècle. Les protéines peuvent être vues comme des sphères collantes dont l'autoassemblage, quand elles sont considérées seules ou en combinaison avec des polysaccharides, conduit à des matériaux (hydrogels, émulsions, suspensions, capsules,…) sources d'aliments, d'emballages ou de vecteurs thérapeutiques. J'illustrerai le potentiel de plusieurs types de protéines. L'empreinte environnementale en termes de bilan carbone, de consommation d'eau et d'eutrophisation des sols, sans parler du bien-être animal pour les produire, sont autant de paramètres à prendre en compte et qui donnent l'avantage aux protéines issues de végétaux.

Christophe Chassenieux

Christophe Chassenieux a obtenu son doctorat en chimie et physico-chimie de l'Université du Maine (Le Mans) en 1997. Puis, il a travaillé comme postdoctorant dans l'équipe du Pr M. A. Winnik à l'université de Toronto sur des complexes tensioactif/polyélectrolyte. Il a été recruté Maître de Conférences à l'Université Pierre et Marie Curie et au sein du LPCM de l'ESPCI à Paris en 1998 où il a obtenu son habilitation à diriger des recherches en 2004. Il a été promu Professeur des Universités au Mans au sein de l'Institut des Molécules et Matériaux du Mans en 2005. Il s'intéresse à l'autoassemblage de polymères amphiphiles et de protéines pour conduire à des fluides complexes dont il cherche à contrôler les propriétés structurales et rhéologiques de l'échelle moléculaire à macroscopique. Plus récemment, il cherche à comprendre la pollution plastique des océans en précisant les mécanismes à l'œuvre dans la fragmentation de macroplastiques en objets plus petits. Il est le coauteur de 130 publications, de deux ouvrages et de quatre brevets.

Résumé de l'intervention de Daniel Taton

Les polymères dits de commodité, tels que le polyéthylène ou le polystyrène, sont reconnus pour leur robustesse et leur inertie chimique. Toutefois, ces mêmes propriétés les rendent récalcitrants à toute tentative de déconstruction chimique, posant un défi majeur en matière de recyclabilité. Pour contourner cet obstacle, des stratégies innovantes visent à introduire des motifs dégradables au sein de ces polymères tout en préservant leurs performances, ou bien de les décomposer directement par des procédés chimiques ciblés. Trois stratégies émergent : (1) l'introduction des points de fragilité par post-modification chimique dans les polymères de commodité, (2) la copolymérisation avec des comonomères intégrés dès la synthèse pour programmer leur future déconstruction, et (3) des approches directes de déconstruction chimique. Ces méthodologies, en pleine évolution, ouvrent des perspectives pour repenser la fin de vie de polymères considérés jusqu'ici comme inaltérables. Cette présentation explorera ces stratégies en mettant en lumière les défis scientifiques et technologiques à relever pour rendre ces matériaux robustes, mais récalcitrants, enfin accessibles à une dégradation par voie chimique. L'enjeu est de taille : rendre contrôlable la dégradation de polymères historiquement considérés comme inaltérables, et ouvrir ainsi la voie à une gestion plus durable de ces matériaux omniprésents.

Daniel Taton

Daniel Taton a obtenu sa thèse en 1994 à l'université Pierre-et-Marie-Curie (Paris 6). Il est professeur à l'université de Bordeaux et développe ses activités de recherche au Laboratoire de chimie des polymères organiques (LCPO) dont il est le directeur adjoint depuis 2018. Ses travaux se situent à l'interface de la chimie moléculaire, de la catalyse de polymérisation et de l'ingénierie macromoléculaire. Il s'intéresse notamment à l'utilisation de catalyseurs organiques afin d'accéder à une variété de polymères de spécialité sans métal. Son équipe a également mis au point des supports polymères recyclables pour la compartimentation de catalyseurs, ce qui permet d'obtenir une activité catalytique unique dans des réactions de référence de la chimie moléculaire, y compris en milieu aqueux. Plus récemment, il a initié un nouvel axe de recherche au LCPO concernant la post-modification et le recyclage/surcyclage chimique de polymères connus pour leur robustesse, mais considérés comme récalcitrants à un processus de déconstruction par voie chimique. Daniel Taton est coauteur de près de cent soixante-dix publications dans des revues à comité de lecture, de quinze chapitres de livres et est co-inventeur de plus d'une vingtaine de brevets.

Sébastien Lecommandoux

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Année 2024-2025

Biomatériaux de demain : polymères biomimétiques et biohybrides

Séminaire - Clémentine Bosch-Bouju & Isabel Marey-Semper : Quelle médecine pour demain et après-demain en cancer et neurosciences ?

Intervenant(s) :

Clémentine Bosch-Bouju

Maître de conférences, Bordeaux INP

Isabel Marey-Semper

Fondatrice de DOXANANO, CEO

Résumé

Résumé de l'intervention de Clémentine Bosch-Bouju

Les polymères biomimétiques comme alliés des neurosciences dans le développement des neurotechnologies

De nombreuses pathologies cérébrales demeurent mal soignées, car l'accès des médicaments à la zone pathologique dans le cerveau est très limité. En réponse à ces limitations, la pharmacothérapie intracérébrale se développe, mais elle ne permet pas de contrôler dans le temps la libération des médicaments dans le cerveau. Par ailleurs, le champ des neuroprothèses (stimulation cérébrale, optogénétique, interface homme-machine) est actuellement en plein essor, afin de mieux cibler les zones du cerveau à traiter. Cependant, ces approches ne prévoient pas de libérer des médicaments dans le cerveau de manière contrôlée. Les polymères biomimétiques peuvent pallier aux limitations de ces deux approches thérapeutiques. En effet, par l'usage de ces polymères biomimétiques, il est possible de libérer des molécules dans le cerveau, avec un fort contrôle temporel, spatial et de concentration. Ceci constitue le principe du projet de recherche qui a été développé par Sébastien Lecommandoux et Clémentine Bosch-Bouju et qui sera présenté lors de ce séminaire. Les apports potentiels des polymères biomimétiques pour la recherche biomédicale en neurosciences, et notamment pour la conception de nouvelles neurotechnologies seront également discutés, aux vues des différentes recherches réalisées à travers le monde.

Clémentine Bosch-Bouju

Clémentine Bosch-Bouju est neurophysiologiste et enseignante-chercheuse à l'Ensmac, une école d'ingénieurs du réseau INP spécialisée en chimie-biologie. Elle a réalisé sa thèse entre 2008 et 2011 dans l'équipe de Laurent Venance au Collège de France. Son thème de recherche est l'étude de la communication neuronale en situations physiologique et pathologique, notamment dans le cadre de la maladie de Parkinson. Après un premier stage postdoctoral à l'université d'Otago (Nouvelle-Zélande), où elle se forme à l'électrophysiologie et l'optogénétique in vivo, elle rejoint le laboratoire NutriNeuro (INRAE, université de Bordeaux, INP) en 2014, où elle étudie l'impact de la nutrition sur la plasticité neuronale. Elle est recrutée maître de conférences à l'Ensmac en 2016. Elle y rencontre Sébastien Lecommandoux, ensemble ils initient un premier projet de recherche en 2018. Depuis, elle s'est spécialisée dans la conception de neurotechnologies, à l'interface de la chimie, mais également de la bioélectronique, pour proposer de nouveaux outils pour l'étude du cerveau et le développement de stratégies thérapeutiques innovantes pour les troubles neurologiques et neuropsychiatriques.

Résumé de l'intervention d'Isabel Marey-Semper

Inverser le paradigme de la chimiothérapie conventionnelle à l'aide de polymersomes de rupture : la naissance de la chimiothérapie commandée à distance

La chimiothérapie reste la prise en charge de référence pour un grand nombre de patients atteints de cancer. Cependant, la dose de chimiothérapie administrée est limitée à ce que le patient peut tolérer, plutôt qu'à la dose la plus efficace pour éradiquer la tumeur localement. Ce compromis est dû à la nature des molécules anticancéreuses qui, lorsqu'elles sont injectées par voie intraveineuse, affectent toutes les cellules en croissance du corps, pas seulement les cellules cancéreuses, créant ainsi des effets secondaires néfastes. Avec, pour conséquence, une dose de chimiothérapie trop faible localement dans la tumeur pour être totalement efficace et trop élevée dans les organes sains pour être inoffensive. DOXANANO veut inverser ce paradigme en atteignant une dose de chimiothérapie jamais atteinte auparavant dans la tumeur, conduisant à son éradication, tout en préservant les organes sains.

Pour cela, DOXANANO développe une approche thérapeutique révolutionnaire appelée chimiothérapie activée à distance (RAC®) : les molécules anticancéreuses sont encapsulées dans des nanoparticules sphériques uniques composées de polymères appelées polymersomes DXN. Ces DXN très stables sont de véritables « nano-coffre forts » qui transportent de manière sécurisée les molécules dans l'organisme. Une fois dans la tumeur et en présence de radiothérapie, les DXN s'ouvrent localement dans la tumeur et y libèrent leur contenu en molécules anticancéreuses de manière contrôlée.

Isabel Marey-Semper

Isabel Marey-Semper est la fondatrice et PDG de DOXANANO, une start-up pharmaceutique de nano-médecine de précision dédiée à la lutte contre les cancers. Avant de fonder DOXANANO, Mme Marey-Semper a occupé des postes de direction générale dans de grandes entreprises industrielles innovantes telles que la Compagnie de Saint-Gobain, Stellantis et L'Oréal. Isabel Marey-Semper a débuté sa carrière en tant que consultante en stratégie et finance. Isabel est également administratrice indépendante d'une société américaine et de l'Institut Imagine (institut de recherche médicale et de traitement des maladies génétiques à l'hôpital Necker).

Ancienne élève de l'École normale supérieure de la rue d'Ulm et après avoir réalisé sa thèse au Collège de France, Isabel Marey-Semper est docteure en neurobiologie de l'université Pierre-et-Marie-Curie. Isabel détient un MBA du Collège des ingénieurs. Elle est auditrice de la 73e session de politique de défense de l'Institut des hautes études de défense nationale et colonelle de la réserve citoyenne de l'Armée de l'air et de l'espace. Isabel Marey-Semper est chevalier dans l'ordre national de la Légion d'honneur.

Sébastien Lecommandoux

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Innovation technologique Liliane Bettencourt (2024-2025)

Année 2024-2025

07 - Biomatériaux de demain : polymères biomimétiques et biohybrides - Biomimétisme, biodégradabilité et (bio)recyclabilité : enjeux et opportunités

Sébastien Lecommandoux

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Innovation technologique Liliane Bettencourt (2024-2025)

Année 2024-2025

Biomatériaux de demain : polymères biomimétiques et biohybrides

Séminaire - Christophe Tribet : Stabiliser, replier, cibler des protéines hors de leur contexte naturel : quelques applications d'assemblages entre protéines solubles ou membranaires et des copolymères synthétiques

Intervenant :

Christophe Tribet

Directeur de recherche CNRS, PASTEUR, ENS-PSL

Résumé

Qu'il s'agisse de biocatalyseurs comme les enzymes, de cibles thérapeutiques ou de médicaments tels que les protéines membranaires et les anticorps, diverses classes de protéines sont manipulées hors de leur contexte naturel. Leur stabilisation est souvent un défi. Nous illustrerons comment l'association avec des macromolécules synthétiques permet de récupérer, ou conserver, solubilité et activité. Les termes de protéine « en armure » ou « chaperonnes artificielles » font souvent référence à ces objectifs de protection et renaturation. Assemblages coulombiens et/ou amphiphiles complexes, transitions de phases modulables via un stimulus constituent la base physico-chimique de ces approches dont nous détaillerons quelques réalisations les plus récentes.

Christophe Tribet

Chimiste, formé à la physico-chimie des tensio-actifs, des polymères, et en matière molle, C. Tribet conduit une recherche expérimentale centrée sur l'étude et le contrôle de complexes entre macromolécules artificielles et protéines. Ces « outils » macromoléculaires trouvent des applications en pharmacie et en biologie, notamment pour la stabilisation d'anticorps thérapeutiques, l'étude de protéines membranaires intégrales, ou comme revêtements de substrats pour la culture de cellules vivantes. Docteur de Sorbonne université (université Paris VI en 1993), puis chargé de recherche CNRS à l'ESPCI (laboratoire Science et Ingénierie de la Matière Molle), C. Tribet est actuellement directeur de recherche CNRS, à l'École normale supérieure, au sein du département de chimie.

Sébastien Lecommandoux

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Année 2024-2025

06 - Biomatériaux de demain : polymères biomimétiques et biohybrides - Assemblages multi-composants et multi-échelles dynamiques : du fondamental à la thérapie

Sébastien Lecommandoux

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Année 2024-2025

Biomatériaux de demain : polymères biomimétiques et biohybrides

Séminaire - Nicolas Martin & Léa-Lætitia Pontani - Des polymersomes aux cellules artificielles : mimer la complexité du vivant pour le comprendre et le soigner

Intervenant :

Nicolas Martin

Chargé de recherche, CNRS, CRPP, université de Bordeaux

Léa-Lætitia Pontani

Directrice de recherche CNRS, Laboratoire Jean Perrin, UMR8237, CNRS/Sorbonne université, Paris

Résumé de l'intervention de Nicolas Martin

Coacervats : des gouttelettes dynamiques pour assembler des cellules artificielles

Les cellules sont les briques fondamentales du vivant. Ces systèmes, d'une sophistication remarquable pour les physicochimistes, fonctionnent comme des usines miniatures, capables de coordonner de multiples réactions en orchestrant flux de matière et d'énergie dans l'espace et dans le temps. Reproduire de tels comportements au sein de systèmes artificiels représente un défi majeur, aux applications biotechnologiques prometteuses, mais aussi essentiel pour éclairer les principes physicochimiques du vivant. La compartimentation est un élément clé de cette organisation. Les cellules vivantes sont délimitées par une membrane lipidique qui régule les échanges avec leur environnement. Une autre approche consiste à former des compartiments sans membrane, appelés coacervats, par séparation de phase liquide-liquide dans des solutions aqueuses de polymères. Connus de longue date, les coacervats sont récemment apparus comme des modèles pertinents pour la construction de cellules artificielles et pour explorer les hypothèses sur l'origine des premières cellules.

Nous discuterons des mécanismes qui gouvernent la formation de ces gouttelettes, en particulier l'assemblage de coacervats stimulables, basés sur des transitions de phase dynamiques, permettant un contrôle spatiotemporel de réactions bio-inspirées. Nous montrerons comment ces systèmes offrent de nouvelles pistes pour assembler des cellules artificielles et mieux comprendre la transition entre matière inerte et matière vivante.

Nicolas Martin

Passionné par les systèmes complexes à l'interface entre chimie, biologie et physique, Nicolas Martin s'intéresse à la manière dont les molécules et macromolécules s'auto-assemblent pour donner naissance à des structures dynamiques et fonctionnelles inspirées du vivant. Chimiste formé à l'ESPCI, il s'est spécialisé en physico-chimie de la matière molle par une thèse à l'École normale supérieure de Paris, sous la direction du Dr Christophe Tribet, où il a exploré le rôle de polymères chargés dans le repliement des protéines. Il a ensuite rejoint l'université de Bristol au Royaume-Uni pour un postdoctorat au sein du groupe du Pr Stephen Mann, pionnier de la biologie synthétique. Aujourd'hui chargé de recherche au CNRS, au Centre de recherche Paul Pascal à Pessac, ses travaux portent sur la conception de cellules artificielles minimales à partir de coacervats. Ces assemblages de polymères, semblables à certains compartiments observés dans les cellules, pourraient offrir des pistes sur l'origine des compartiments prébiotiques et les premières manifestations de la vie.

Résumé de l'intervention de Léa-Lætitia Pontani

Biomimetic emulsions as a tool to study tissue architecture and mechanics

Emulsions, i.e. packings of oil droplets in water, are a great tool to explore the structure of jammed matter. Indeed, they can be made transparent, allowing for the straightforward imaging and analysis of their 3D microstructure. Beyond these approaches, emulsions can also be tuned to exhibit properties that resemble those of biological tissues, with the general goal to understand the physical basis of collective remodeling during development. These biomimetic emulsions are then designed to mimic the minimal mechanical and adhesive properties of cells in biological tissues. Such a biomimetic approach allows to study the mechanical properties of tissues in a simplified framework, i.e. a framework in which the inherent biological complexity due to intracellular regulations is bypassed. In particular, we focus on the interplay between adhesion and mechanical forces and how it contributes to regulate the emergence of tissue architecture during morphogenesis. To do so, we study the structure and elasto-plastic behavior of these emulsions as a function of interdroplet adhesion. This allowed us to show that adhesion alone was able to guide the emergence of structuration in flowing emulsions, while the network of adhesive contacts in static packings controls the deformation properties of the droplets.

Léa-Lætitia Pontani

Après un doctorat obtenu en 2009 à l'Institut Curie, j'ai effectué un postdoctorat de 2010 à 2015 à New York University, dans le groupe de Jasna Brujic au Center for Soft Matter Research. J'y ai étudié les propriétés de jamming d'empilements denses de gouttes, mais aussi développé des émulsions biomimétiques, utilisées pour mimer les tissus biologiques ainsi que pour des applications d'auto-assemblage de matériaux complexes. J'ai ensuite obtenu un poste de chargée de recherche au CNRS en 2015. J'ai d'abord rejoint l'INSP (Sorbonne université, Paris) puis le Laboratoire Jean Perrin (LJP) à partir de 2018. Depuis mon recrutement, je travaille principalement sur les propriétés élastoplastiques d'émulsions adhésives sous contrainte, mais aussi au développement d'outils biocompatibles pour des mesures de forces durant la morphogenèse d'organismes in vivo. En parallèle de mes activités de recherche, j'assure la direction du LJP depuis le 1er janvier 2024.

Sébastien Lecommandoux

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Innovation technologique Liliane Bettencourt (2024-2025)

Année 2024-2025

05 - Biomatériaux de demain : polymères biomimétiques et biohybrides - Nanotechnologies biohybrides macromoléculaires et thérapie cancer/immunothérapie

Sébastien Lecommandoux

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Innovation technologique Liliane Bettencourt (2024-2025)

Année 2024-2025

Biomatériaux de demain : polymères biomimétiques et biohybrides

Séminaire - Simona Mura - Particules circulantes comme vecteurs thérapeutiques biomimétique

Intervenant :

Simona Mura

Professeure, IGPS, Université Paris Saclay

Résumé

Dans le but de surmonter les limitations des vecteurs nanométriques traditionnels pour la délivrance de molécules thérapeutiques, notamment leur capacité réduite à franchir les barrières biologiques et leur biocompatibilité parfois insuffisante, un intérêt croissant s'est porté sur l'utilisation de particules circulantes endogènes (par exemple, cellules, vésicules dérivées de cellules ou lipoprotéines) comme alternative prometteuse.

Ces particules, dotées d'une biocompatibilité et d'une biodégradabilité naturelles, présentent également des propriétés de ciblage intrinsèques, permettant une vectorisation sélective des molécules actives vers les sites pathologiques. Des molécules thérapeutiques, qu'elles soient sous forme libre ou encapsulées dans des nanoparticules synthétiques, ont été chargées dans ces particules endogènes, soit in vitro après leur isolement à partir du sang, soit in vivo directement dans la circulation sanguine, par le biais d'interactions spontanées.

L'exploitation des « navettes » naturelles du corps pour la vectorisation thérapeutique constitue désormais une partie intégrante de la recherche en nanomédecine. Bien que cette stratégie ait été principalement développée pour le ciblage des tissus néoplasiques, elle offre un potentiel significatif dans d'autres domaines médicaux, tels que l'athérosclérose ou les maladies infectieuses. Lors de ce séminaire, je ferai le point sur les avancées récentes dans ce domaine.

Simona Mura

Simona Mura est professeure titulaire de technologie pharmaceutique à l'université Paris-Saclay. Diplômée en pharmacie de l'université de Cagliari en Italie, elle a obtenu en 2009 un doctorat en chimie et technologie des médicaments sous la direction du Pr A. M. Fadda. Elle a ensuite rejoint le groupe du Pr E. Fattal à l'Institut Galien, UMR CNRS 8612, université Paris-Sud, où elle a étudié la toxicité de nanoparticules biodégradables pour l'administration pulmonaire. En 2011, elle a été nommée maître de conférences dans la même université dans le cadre d'une chaire d'excellence, travaillant dans l'équipe du Pr P. Couvreur. Professeure invitée à l'université d'Osaka en 2015, elle a intégré l'Institut universitaire de France en 2017 en tant que membre junior. Elle a obtenu son HDR en 2018 et est devenue professeure titulaire en 2022. Ses recherches, situées à l'interface de la chimie, de la biologie et de la chimie physique, portent sur la conception de systèmes biomimétiques pour l'administration ciblée de molécules actives. Elle explore également le comportement des nanomédicaments dans l'environnement biologique complexe du corps humain grâce à des techniques de culture 3D, des technologies microfluidiques et des méthodes avancées de caractérisation.