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

Sébastien Lecommandoux

Collège de France

Innovation technologique Liliane Bettencourt (2024-2025)

Année 2024-2025

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

Sébastien Lecommandoux

Collège de France

Innovation technologique Liliane Bettencourt (2024-2025)

Année 2024-2025

Biomatériaux de demain : polymères biomimétiques et biohybrides

Séminaire - Fouzia Boulmedais & Élisabeth Garanger - Biomatériaux de demain : polymères biomimétiques et biohybrides - Les polymères à base d'acides aminés : de l'origine de la vie aux médicaments modernes

Intervenant :

Fouzia Boulmedais

Directrice de recherche, CNRS, ICS, université de Strasbourg

Élisabeth Garanger

Directrice de recherche, CNRS, LCPO, université de Bordeaux

Résumé de l'intervention de Fouzia Boulmedais

Nanorevêtements de polysaccharides et protéines aux propriétés bioactives pour les biomatériaux

Les biomatériaux sont des dispositifs médicaux destinés au diagnostic, au traitement ou à la prévention des maladies. Leur surface est le lieu où se produisent principalement les interactions avec l'environnement biologique. En contrôlant ces interactions, il est possible d'améliorer leur biocompatibilité et de leur conférer des propriétés bioactives. Cet objectif est atteint par l'application d'un revêtement sur la surface des biomatériaux. Simple à mettre en œuvre, la technique couche par couche permet de déposer des films nanométriques sur tous types de surface offrant ainsi un grand potentiel. D'une épaisseur généralement située de 10 nm à 1 µm, les films sont obtenus à température ambiante par adsorption alternée de polymères de charges opposées. Ces films multicouches présentent des propriétés ajustables en fonction des conditions physico-chimiques d'élaboration (type de polymère, pH, force ionique, etc.) et permettent l'immobilisation de (macro)molécules bioactives (protéines, peptides, polyphénols, etc.). S'inspirant de l'ingéniosité de la nature, les travaux présentés décriront comment doter des surfaces de propriétés antibactériennes ou capables d'induire de la différenciation cellulaire en utilisant des polysaccharides et des protéines. À l'interface de la chimie et la biologie, ces travaux ont été menés en collaboration avec Lydie Ploux (Inserm U1121, Strasbourg) et Halima Kerdjoudj (BIOS EA 4671, Reims).

Fouzia Boulmedais

Fouzia Boulmedais a obtenu son doctorat en chimie et physico-chimie en 2003 de l'université de Louis-Pasteur (Strasbourg). En 2004, elle a travaillé comme postdoctorante dans l'équipe de Marcus Textor à l'ETH Zurich (Suisse) et de Gleb Sukhorukhov à l'Institut Max-Planck (Golm, Allemagne) sur l'électrodissolution de multicouches de polyélectrolytes. Après un second postdocorat avec Valérie Marchi sur la fonctionnalisation des quantum dots, elle a été recrutée chercheuse au CNRS à l'Institut Charles-Sadron à Strasbourg en 2006 et y a obtenu son habilitation à diriger des recherches en 2010. Son activité de recherche porte sur l'utilisation d'un stimulus électrique pour induire la construction de films polymères ainsi que les films de polysaccharides et de protéines en tant que revêtements antibactériens. Elle est coautrice de cent trente publications et de cinq brevets. En 2013, elle a reçu le prix Jeune chercheur de la Division de la chimie physique, commun à la Société Chimique de France et à la Société de physique française. En 2024, elle a été lauréate du prix Jean-Pierre Pascault du Groupe français des polymères. Elle est coordinatrice de l'Institut thématique interdisciplinaire matériaux hiérarchiques et fonctionnels pour la santé, l'environnement et l'énergie (HiFunMat) regroupant deux cent cinquante membres de neuf laboratoires.

Résumé de l'intervention d'Élisabeth Garanger

Polymères inspirés de l'élastine: stratégies de synthèse et applications biomédicales

Les polypeptides à base de motifs élastine (ELPs) sont des biopolymères thermosensibles dont la séquence primaire est dérivée d'une protéine naturelle de la matrice extracellulaire. Conçus par génie génétique et produits bioingénierie, ce sont des macromolécules parfaitement monodisperses. Bien que puissantes pour produire des ELPs avec des structures primaires et des longueurs exactes, les techniques d'ingénierie des protéines présentent cependant certaines limites, en particulier de longues étapes de clonage bactérien et une diversité chimique limitée en raison du peu de modifications post-traductionnelles possibles dans la bactérie E. coli. Mes activités de recherche sont donc consacrées à l'exploration d'une double approche biotechnologique et chimique, combinant la biosynthèse recombinante des ELPs chez E. coli avec des méthodes de bioconjugaison chimique orthogonales afin d'élargir la diversité des macromolécules à base d'ELPs et de leurs auto-assemblages pour des applications biomimétiques, biologiques et/ou biomédicales. Ma présentation donnera un aperçu de ces travaux et détaillera quelques exemples choisis dans ces différents domaines.

Élisabeth Garanger

Élisabeth Garanger est chercheur au CNRS depuis 2012. Elle a obtenu un doctorat en chimie et biologie en 2005 à l'université de Grenoble, réalisant une étude approfondie sur des peptides ciblant les tumeurs et leur néo-angiogenèse associée. Elle a poursuivi sa carrière au Massachusetts General Hospital en tant que postdoctorante travaillant sur la conception d'agents de contraste pour l'imagerie moléculaire multimodale. Elle a rejoint le Laboratoire de chimie des polymères organiques (LCPO) en 2009 en tant que postdoctorante et l'Institut européen de chimie et de biologie (IECB) en 2010 en tant que chef de projet pour développer des copolymères à blocs amphiphiles bioactifs à base de peptides. Depuis 2024, elle est directrice de recherche au LCPO et consacre ses activités de recherche à la conception de polypeptides recombinants à base de motifs élastine et de leurs bioconjugués pour la conception de biomatériaux et systèmes de délivrance de principes actifs.

Sébastien Lecommandoux

Collège de France

Innovation technologique Liliane Bettencourt (2024-2025)

Année 2024-2025

03 - Biomatériaux de demain : polymères biomimétiques et biohybrides - Polymère biohybrides : comment tirer le meilleur du vivant et du synthétique ?

Sébastien Lecommandoux

Collège de France

Innovation technologique Liliane Bettencourt (2024-2025)

Année 2024-2025

Biomatériaux de demain : polymères biomimétiques et biohybrides

Séminaire - Colin Bonduelle & Hua Lu - Biomatériaux de demain : polymères biomimétiques et biohybrides - Polymères biohybrides : comment tirer le meilleur du vivant et du synthétique ?

Intervenant :

Colin Bonduelle

Directeur de recherche CNRS, LCPO, université de Bordeaux

Hua Lu

Professor, Pekin university, Chine

Résumé de l'intervention de Colin Bonduelle

From Natural Proteins to Polymer Synthesis

Proteins are natural polymers that possess unique features that are not found in their synthetic counterparts. These include chemical diversity, hierarchical structure, specific chemical modification, programmed system dynamics, and other distinctive properties. When considered in conjunction with the potential for protein metabolism in living systems (e.g., biodegradation), these properties render proteins an especially promising candidate for the design of novel polymers in the future. It is notable that the most cost-effective and efficient method for synthesizing polypeptides is through a chemical process known as ring-opening polymerization (ROP) of amino acid N-carboxyanhydrides (NCA). In comparison to proteins, peptidic polymers are relatively simple macromolecules, comprising statistically repeated amino acids. However, these polypeptides combine the advantageous features of synthetic polymers (solubility, processability, rubber elasticity, etc.) with those of natural proteins (secondary structure, functionality, biocompatibility, etc.). The field of polypeptide has seen significant advances in recent years, and this talk will demonstrate how these polymers are now well-suited for the design of advanced materials through three key examples: (1) the development of aqueous ROP of NCA, 2) the use of polypeptides in the preparation of smart systems, and 3) the potential of NCA copolymerization for sequence-simplified approaches.

Colin Bonduelle

Colin Bonduelle is a CNRS researcher working at the LCPO (Laboratoire de Chimie des Polymères Organiques) at the University of Bordeaux. His research is focused on ring-opening polymerization and polypeptide synthesis. Currently, he is working on the design of protein-like polymers towards macromolecular therapeutics, nanomaterials/nanocomposites, and bioactive scaffolds. He has recently achieved methodologies for ring expansion that mimic antimicrobial peptides and developed aqueous ring-opening polymerization processes for polypeptide-based nanostructures.His research has already resulted in several patents and publications in major journals related to chemical sciences (JACS, Angewandte, Nature Communication, etc.). His contributions have been recognized with the CHP CNRS 2021 award and a patent-issued award from Worlddiscoveries in Canada in 2017.

Résumé de l'intervention de Hua Lu

Robust Synthesis and Biomedical Applications of Synthetic Polypeptides

Poly(amino acids), a.k.a. synthetic polypeptides, are important biomedical polymers, typically prepared by ring-opening polymerization of amino acid N-carboxyanhydrides (NCAs). In recent years, NCA chemistry has rapidly developed, with a plethora of new monomers and polymerization systems emerging. However, there remain significant challenges that have yet to be overcome to advance the field. The synthesis of NCA monomers usually requires strictly anhydrous conditions, and the side chain functional groups often need protection, which makes the monomer preparation, purification, and subsequent polymerization particularly challenging due to the high reactivity of the monomers. On the other hand, improvements are still needed in the molecular weight and functionalization of poly(amino acids), and the scale-up synthesis of some important functional poly(amino acids) has been slow. This report will focus on the current challenges in the synthesis and polymerization of NCA monomers, and will highlight several recent advancements in the field of NCA and poly(amino acid) chemistry by our research group. These include new methods for the synthesis of water-tolerant NCA monomers, water-assisted ultrafast controlled ring-opening polymerization of proline NCA, acid-catalyzed synthesis of ultra-high molecular weight polysarcosine, and machine learning-assisted high-throughput synthesis of functional seleno-containing poly(amino acids).

Hua Lu

Dr. Hua Lu is currently a Boya Distinguished Professor in the College of Chemistry and Molecular Engineering at Peking University and has served as an Associate Editor for the ACS journal Biomacromolecules since 2020. He obtained his B.Sc. from Peking University in 2006 and his Ph.D. from the University of Illinois at Urbana-Champaign in 2011. After completing his Ph.D., he worked as a Damon Runyon Cancer Research Foundation postdoctoral fellow at The Scripps Research Institute before starting his independent research as an assistant professor at Peking University in 2014. He was promoted to associate professor with tenure in 2020 and to full professor in 2022. His research focuses on the development of methodologies for the controlled synthesis and medical applications of polypeptides, sustainable polymers, and protein-polymer conjugates. He is a recipient of the ACS PMSE Young Investigator (2020), the NSFC Distinguished Young Investigator Award (2021), the WuXi AppTech Scholar Award for Biological Chemistry Research (2022), and most recently, the 10th CCS-RSC Prize for Young Chemists (2023).

Sébastien Lecommandoux

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Innovation technologique Liliane Bettencourt (2024-2025)

Année 2024-2025

02 - Biomatériaux de demain : polymères biomimétiques et biohybrides - Les polymères à base d'acides aminés : de l'origine de la vie aux médicaments modernes

Sébastien Lecommandoux

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Innovation technologique Liliane Bettencourt (2024-2025)

Année 2024-2025

Biomatériaux de demain : polymères biomimétiques et biohybrides

Séminaire - Laurent Billon - Biomatériaux de demain : polymères biomimétiques et biohybrides - Biomimétisme et matériaux bio-inspirés

Intervenant :

Laurent Billon

Professeur des Universités, université de Pau et Pays Adour, IPREM, UPPA

Laurent Billon a obtenu son doctorat en 1996 en chimie des polymères. Après deux postdocs chez Rhône-Poulenc puis Arkema USA, il est devenu maître de conférences à l'UPPA en 1999. Il est professeur de classe exceptionnelle, responsable du Master Bio-Inspired Material et leader du groupe Matériaux bio-inspirés : fonctionnalités & auto-assemblage de l'UPPA. Il est coordinateur de projets de recherche nationaux et internationaux tels que le projet H2020 ITN EJD eSCALED (École européenne sur la feuille artificielle : électrodes et dispositifs) avec dix partenaires de huit pays européens. Il est l'auteur de cent soixante-cinq publications scientifiques (H-index = 41), quatre chapitres de livres et coéditeur du livre Macromolecular Self-Assembly (Wiley), quarante conférences invitées à des conférences internationales et dix-neuf brevets. De 2016 à 2022, il a été professeur invité du Programme d'immersion universitaire de l'université du Sichuan (Chengdu, Chine). Il est membre du Conseil scientifique du CEEBIOS et fait partie du Comité scientifique et civil de l'exposition de la Cité des sciences et de l'Industrie à La Villette « Bio-inspiré : une autre approche ». Les principales applications de ses recherches sont dédiées aux matériaux bio-inspirés pour la cosmétique/santé et depuis quelques années aux solutions énergétiques comme la photosynthèse artificielle.

Résumé

Au cours de cette conférence, Laurent Billon présentera les concepts de biomimétisme et de la bio-inspiration pour les matériaux. Ces concepts seront, par la suite, explicités au travers d'exemples de son activité de recherche sur les microgels inspirés des éponges marines ayant permis de créer la start-up BIOMIM'Gel, la « Couleur sans colorant » et la « Photosynthèse artificielle ». Alliant fonctionnalités, structures, architectures et procédés de fabrication, l'ensemble de ces travaux visent à minimiser l'impact environnemental et à faire émerger la vision du biomimétisme comme un levier de formation et d'innovation responsable et sociale.

Sébastien Lecommandoux

Collège de France

Innovation technologique Liliane Bettencourt (2024-2025)

Année 2024-2025

01 - Biomatériaux de demain : polymères biomimétiques et biohybrides - Polymères biomimétiques : concept général, design et applications

Sébastien Lecommandoux

Collège de France

Innovation technologique Liliane Bettencourt (2024-2025)

Année 2024-2025

Leçon inaugurale : Biomatériaux de demain : polymères biomimétiques et biohybrides

Résumé

Cette leçon explore les avancées récentes dans le domaine des biopolymères, en particulier les polymères biomimétiques et biohybrides. Depuis l'Antiquité, avec des matériaux comme le caoutchouc ou la soie, les scientifiques s'efforcent de comprendre et d'imiter les processus naturels pour développer des matériaux plus performants. Les polymères et leurs assemblages biomimétiques, qui reproduisent les structures et fonctions biologiques, et les systèmes biohybrides, qui combinent les avantages des systèmes naturels et synthétiques, ouvrent aujourd'hui des perspectives révolutionnaires pour la médecine.

En particulier, les polypeptides et les protéines offrent un potentiel unique pour la conception de systèmes avancés, allant de la délivrance de médicaments aux dispositifs thérapeutiques. La convergence entre science chimique et physique des matériaux, biologie et nanotechnologie, à la convergence du biomimétisme, stimule des innovations qui visent à traiter des pathologies complexes allant du cancer aux maladies neurodégénératives.

L'innovation va au-delà de l'imitation passive : des assemblages polymères dynamiques, tels que ceux dotés d'autonomie motrice, ainsi que la création de cellules artificielles, repoussent les frontières de la science. Ces développements ouvrent de nouvelles voies pour la compréhension des processus biologiques et le développement de thérapies d'avant-garde.

Enfin, ce cours mettra en lumière non seulement les opportunités considérables pour la société, mais aussi les défis techniques, réglementaires et industriels à surmonter pour faire passer ces innovations du laboratoire à la pratique clinique, dans un contexte souvent conservateur.