Biocapteurs & Biopuces (puces à ADN)

Biocapteurs & Biopuces (puces à ADN) Technologie clé n°92 référencée par le Ministère de l’industrie Le 05/03/03 au CRRM F. JAKOBIAK N. BARTS – L. DERDERIAN – F. LETTIERI DEA VT & IC

Les étapes de notre intervention Caractéristiques techniques & Applications Présentation & définition de l’étude Marché Brevets & Acteurs Fiche Synthèse/Action DEA VT & IC - N.BARTS - L. DERDERIAN - F. LETTIERI

Objet et méthodologie de l’étude • Objectif final du projet • Réalisation d’une « fiche synthèse action » dans le domaine des biocapteurs – biopuces à partir d’un spectre, technologique, scientifique et industriel, très large : État des lieux - Position France Europe Technologique Émergence Émergence Scientifique & technique Moyenne Moyenne Industriel & commercial Faible Moyenne DEA VT & IC - N.BARTS - L. DERDERIAN - F. LETTIERI

Objet et méthodologie de l’étude • Supports & axes de recherche • Sites Internet et bases de données : • L’institut Nationale de la Propriété Intellectuelle (INPI) • L’Office Européen des Brevets (OEB) • L’Organisation Mondiale de la Propriété Intellectuelle (OMPI) • L’office américain des brevets (USPTO) • Ministères de l’Économie, des Finances et de l’Industrie • Universités • Serveurs : Plutarque expert, moteur de recherche de la P.I. • Méthodologie • Méthode des grilles de programmes DEA VT & IC - N.BARTS - L. DERDERIAN - F. LETTIERI

Définitions (1) • Biocapteurs • Composant associant une membrane qui comprend un espèce biologique permettant la reconnaissance de la molécule recherchée et d ’un transducteur permettant de transformer l’événement de reconnaissance en un signal mesurable. • En pratique: Capteurs (contenant soit une enzyme , soit un morceau d’ADN) qui permettent de détecter des espèces moléculaires. Ils ont donné naissance aux biopuces. DEA VT & IC - N.BARTS - L. DERDERIAN - F. LETTIERI

Définitions (2) • Biopuces • Composant planaire ou usiné en surface sur lequel est déposé une matrice de molécules de reconnaissance dont on veut mesurer les interactions avec les espèces biologiques dans un échantillon. • En pratique: Micro systèmes d’analyse biologique ou biochimique, combinant un capteur et un dispositif de traitement du signal. • Deux types de composants : • Les puces à ADN (DNA chip) qui permettent de lire le génome; • Les laboratoires sur puces (lab on a chip) qui permettent d’extraire et de préparer l’ADN à partir d’un prélèvement. DEA VT & IC - N.BARTS - L. DERDERIAN - F. LETTIERI

Puces à ADN : fonction, avantages & domaines • Fonction • Analyse multiparamétrique de données biologiques (Biométrie) • Avantages • Changement d’échelle des acquisitions et traitements des données • Analyses massives, précises, rapides particulièrement précieuses dans les travaux de séquençage du génome humain. • Domaines scientifiques • Génomique, Micro fluidique, Nano Technologie; • Chimie, Électronique, Informatique. DEA VT & IC - N.BARTS - L. DERDERIAN - F. LETTIERI

Puces à ADN : Technologie (1) • Principe • Puce à ADN = Damier : • un support de verre ou de silicium sont greffés des brins d'ADN, • jusqu’à 500 000 brins dits " sondes " • sur un support d'à peine un centimètre carré. • Chaque " case " contient une série de brins identiques, complémentaires d'un gène particulier. Plongés dans l'échantillon à étudier, ces brins vont attirer leur " frère " s'il s'y trouve, et s'apparier au gène spécifique(Sinon, ils resteront en l'état). •  Phénomène d’hybridation DEA VT & IC - N.BARTS - L. DERDERIAN - F. LETTIERI

Puces à ADN : Technologie (2) • 2 moyens de greffer les sondes d’ADN synthétique • La synthèse préalable – Puces spotées en interne : adressage électrochimique • Dans ce dernier cas, des séquences complètes d'ADN synthétisées préalablement sont greffées directement sur la puce par voie électrochimique. • La synthèse in situ – Puces pré-spotées : photogravure • Construction sur la puce des brins d'ADN, base par base, couche par couche. Les molécules sont édifiées en utilisant des masques photo lithographiques pour exposer les zones de façon sélective. DEA VT & IC - N.BARTS - L. DERDERIAN - F. LETTIERI

Puces à ADN : Technologie (3) Synthèse préalable Synthèse in situ DEA VT & IC - N.BARTS - L. DERDERIAN - F. LETTIERI

Puces à ADN : Technologie (4) • Détection des hybridations • Déterminer l’association « Sonde / Séquence d’ADN analysée » • Comment ? Réaction par fluorescence • Molécules d’ADN de l’échantillon marquées (Préparation) • Appariement des brins de l’échantillon avec ceux de la puce • Apparition de zones de fluorescence sur le support • Visualisation & Mesure ? Laser ou Scanner • Résultat ? • dresser une cartographie des composants du liquide étudié, • connaître avec certitude quels gènes sont présents dans l'échantillon. • Conclusion • Fonctionnement relativement simple • Mise en œuvre extrêmement délicate Industrialisation des process tardive DEA VT & IC - N.BARTS - L. DERDERIAN - F. LETTIERI

Puces à ADN : applications DEA VT & IC - N.BARTS - L. DERDERIAN - F. LETTIERI

Exemple : perspective d’évolution des applications Pharmacie & Diagnostic (Source : Ministère de l’industrie) DEA VT & IC - N.BARTS - L. DERDERIAN - F. LETTIERI

Le Marché • Le marché dans le monde en 2000 • Les applications directes des puces à ADN représentent un marché de 1,15 milliard d’euros en 2002. • Plus du double en 2005 : 3,17 milliard d’euros • Plus de 50% du marché maîtrisé par les américains (dont 44% par Affymetrix) DEA VT & IC - N.BARTS - L. DERDERIAN - F. LETTIERI

Estimation de l’évolution du marché des biopuces DEA VT & IC - N.BARTS - L. DERDERIAN - F. LETTIERI

Données brevet : Stratégie de recherche • MathéoPatent : extraction et synthèse sur la base des brevets de l’OEB concernant le domaine des puces à ADN • Période couverte : 1997 à 2002 • Recherche booléenne simple sur les mots du titre et du résumé DEA VT & IC - N.BARTS - L. DERDERIAN - F. LETTIERI

Données Brevet • Répartition des CIB : • CIB principal : C12Q • BIOCHIMIE; MICROBIOLOGIE; • PROCEDES DE MESURE, DE RECHERCHE OU D'ANALYSE FAISANT INTERVENIR DES ENZYMES OU DES MICRO-ORGANISMES DEA VT & IC - N.BARTS - L. DERDERIAN - F. LETTIERI

Données Brevet • Répartition des publications & Pays dépositaires ? Monopole US ? • Pourtant il existe bien, • Étude restreinte … DEA VT & IC - N.BARTS - L. DERDERIAN - F. LETTIERI

Données Brevet : étude de l’OMNT (Source : Yole Développement) • Étude des brevets clés liés aux puces à ADN (par l ’Observatoire des Micro et Nano Technologies) • Une centaine de brevets clés ont été recensés, listés et décrits par les experts de l ’OMNT • La plupart des brevets sont originaires des États-Unis en dehors des brevets fondateurs d ’Edwin Southern (OGT - GB) • Les brevets recensés couvrent la fonctionalisation de surface, les méthodes de fabrication, les techniques de marquage et les techniques de lecture. DEA VT & IC - N.BARTS - L. DERDERIAN - F. LETTIERI

Conflits P.I. • Nombreux conflits en propriété intellectuelle au cours des années 90 • Règlement des conflits à partir du début 2000 • Les brevets de définition (Southern et Affymetrix) ont joué un rôle central dans les conflits en propriété intellectuelle DEA VT & IC - N.BARTS - L. DERDERIAN - F. LETTIERI

Les activités autour des puces à ADN • Activités internationales • Dominées par les USA (Composants – Systèmes – PI) • Financement important an Asie • Forte influence des grandes sociétés (Toshiba – Hitachi – Sony) par l’intermédiaire de partenariat avec des sociétés européennes et américaines. • Acteurs européens présents au niveau R&D sur les composants • Activités françaises • Forte présence au niveau de la R&D sur les composants.. • Impact des centres de compétences en micro technologies (CEA, LETI, …) • Transferts des savoirs en instrumentation par la création d’entreprises : Genoptics, Rosatech, Apibio… • Positionnement très innovant sur certains marchés industriels dont le diagnostic et le contrôle agro-alimentaire • Implications de grands groupes : Sanofi Synthelabo, BioMérieux DEA VT & IC - N.BARTS - L. DERDERIAN - F. LETTIERI

Les acteurs et leurs positionnement dans le Marché des Technologies Puces ADN (2002 ) DEA VT & IC - N.BARTS - L. DERDERIAN - F. LETTIERI

Fiche Synthèse Action (1) • Thème : Puces à ADN • Période couverte : 1997 à 2003 • Commentaires de synthèse : • Aspects techniques : Évolution vers des micro-systèmes d’analyse biologique ou biochimique Caractéristiques : • Principe simple mais complexité de mise en œuvre ( avec le nombre de brins greffés) • Miniaturisation • Synthèse et greffage de sondes ADN • Hybridation : association par complémentarité des bases de 2 séquences d’ADN • Analyse et traitement des données massives, rapides, infaillibles et précieuses. • Aspects Économique : • Aujourd’hui, coût moyen d’1 puce = 1,15 euros • Dans 3 ans, 10 fois moins (arrivée de la technologie en phase industrielle, les coûts sont donc loin d’être optimisés). DEA VT & IC - N.BARTS - L. DERDERIAN - F. LETTIERI

Fiche Synthèse Action (2) • Aspects Concurrence : • Le marché : 1,15 milliards d’euros en 2002 • Les principaux acteurs : USA, Europe, Asie • USA: Affymétrix (CA de 252,5 millions d’euros) • France: Apibio, Gensystems (CA de 1,5 M d’euros), Rosatech. • Fort intérêt des chinois et des indiens • Propriété Intellectuelle : • La majorité des brevets sur les puces à ADN est originaire des USA • Les brevets de définition (Southern / OGT et Affymetrix) ont joué un rôle central dans les conflits en propriété intellectuelle • Les acteurs des puces doivent passer des accords de licence avec un des deux acteurs • La stratégie de dépôt de brevets est utilisée pour protéger l’accès aux marchés DEA VT & IC - N.BARTS - L. DERDERIAN - F. LETTIERI

Fiche Synthèse Action (3) • Actions • Programmes de recherches • PRA franco-chinois - l'INRIA et ses partenaires chinois caractérisation et visualisation de groupes de gènes coexprimés issus de puces ADN • Projet de développement • MEDICS - outil miniaturisé de tri cellulaire - Laboratoire Biopuces CEA ( Les partenaires du CEA  Industriels : Protéus, STMicroelectronics, Silicon Biosystems, ApiBio.  Académiques : INSERM, CNRS, AFM (Mucovicidose), Università di Bologna • CNRS - nouvelle action intitulée "Puces à ADN" – elle couvrent : • a) la bio-informatique associée à la conception des puces mais aussi au traitement des données expérimentales, • b) les développements technologiques de nature à améliorer la construction mais également la détection des signaux, • c) le développement des applications • Alliance • BioMérieux s’associe avec Affymétrix DEA VT & IC - N.BARTS - L. DERDERIAN - F. LETTIERI

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