Biocapteurs

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Biocapteurs Biopuces (puces à ADN)

• Technologie clé n92 référencée par le Ministère
  de lindustrie
• Le 05/03/03 au CRRM F. JAKOBIAK
• N. BARTS L. DERDERIAN F. LETTIERI
• DEA VT IC

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Les étapes de notre intervention
Caractéristiques techniques Applications
Présentation définition de létude
Marché Brevets Acteurs
Fiche Synthèse/Action
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Objet et méthodologie de létude

• Objectif final du projet
• Réalisation dune  fiche synthèse action  dans
  le domaine des biocapteurs biopuces à partir
  dun spectre, technologique, scientifique et
  industriel, très large
• État des lieux - Position France
  Europe
• Technologique Émergence Émergence
• Scientifique technique Moyenne Moyenne
• Industriel commercial Faible Moyenne

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Objet et méthodologie de létude

• Supports axes de recherche
• Sites Internet et bases de données
• Linstitut Nationale de la Propriété 
  Intellectuelle (INPI)
• LOffice Européen des Brevets (OEB)
• LOrganisation Mondiale de la Propriété
  Intellectuelle (OMPI)
• Loffice américain des brevets (USPTO)
• Ministères de lÉconomie, des Finances et de
  lIndustrie
• Universités
• Serveurs Plutarque expert, moteur de recherche
  de la P.I.
• Méthodologie
• Méthode des grilles de programmes

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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 lévénement de
  reconnaissance en un signal mesurable.
• En pratique Capteurs (contenant soit une
  enzyme , soit un morceau dADN) qui permettent
  de détecter des espèces moléculaires.
• Ils ont donné naissance aux biopuces.

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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 danalyse
  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 dextraire et de préparer lADN à
  partir dun prélèvement.

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Puces à ADN fonction, avantages domaines

• Fonction
• Analyse multiparamétrique de données biologiques
  (Biométrie)
• Avantages
• Changement déchelle 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.

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Puces à ADN Technologie (1)

• Principe
• Puce à ADN Damier
• un support de verre ou de silicium sont greffés
  des brins d'ADN,
• jusquà 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
dhybridation
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Puces à ADN Technologie (2)

• 2 moyens de greffer les sondes dADN 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.

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Puces à ADN Technologie (3)
Synthèse préalable
Synthèse in situ
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Puces à ADN Technologie (4)

• Détection des hybridations
• Déterminer lassociation  Sonde / Séquence dADN
  analysée 
• Comment ? Réaction par fluorescence
• Molécules dADN de léchantillon marquées
  (Préparation)
• Appariement des brins de léchantillon 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
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Puces à ADN applications
Diagnostic Pharmacie Recherche Agro-alimentaire Environnement
Immuno-essais Hormone cancer Criblage médicamenteux  screening  Séquençage, analyse de séquences Classification Microbiologie
Microbiologie ADN Antigènes/anticorps Mise au point médicaments Tri moléculaire Contamination Polluants
Facteurs aggravent cardio-vasculaire Vieillissement Pharmacogénomique Vision intégrée des voies métaboliques Plantes
Toxicologie Toxicologie Toxicologie
Aide au suivi des essais cliniques, adaptation de la thérapie Aide au suivi des essais cliniques, adaptation de la thérapie Aide au suivi des essais cliniques, adaptation de la thérapie
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Exemple perspective dévolution des applications
Pharmacie Diagnostic
(Source Ministère de lindustrie)
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Le Marché

• Le marché dans le monde en 2000
• Les applications directes des puces à ADN
  représentent un marché de 1,15 milliard deuros
  en 2002.
• Plus du double en 2005 3,17 milliard deuros
• Plus de 50 du marché maîtrisé par les américains
• (dont 44 par Affymetrix)

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Estimation de lévolution du marché des biopuces
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Données brevet Stratégie de recherche

• MathéoPatent extraction et synthèse sur la base
  des brevets de lOEB concernant le domaine des
  puces à ADN
• Période couverte 1997 à 2002
• Recherche booléenne simple sur les mots du titre
  et du résumé

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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

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Données Brevet

• Répartition des publications
• Pays dépositaires

?

• Monopole US ?
• Pourtant il existe bien,
• Étude restreinte

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Données Brevet étude de lOMNT
(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.

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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

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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 lintermédiaire de
  partenariat avec des sociétés européennes et
  américaines.
• Acteurs européens présents au niveau RD sur les
  composants
• Activités françaises
• Forte présence au niveau de la RD sur les
  composants..
• Impact des centres de compétences en micro
  technologies (CEA, LETI, )
• Transferts des savoirs en instrumentation par la
  création dentreprises 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

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Les acteurs et leurs positionnement dans le
Marché des Technologies Puces ADN (2002 )
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Fiche Synthèse Action (1)

• Thème Puces à ADN
• Période couverte 1997 à 2003
• Commentaires de synthèse
• Aspects techniques Évolution vers des
  micro-systèmes danalyse 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 dADN
• Analyse et traitement des données massives,
  rapides, infaillibles et précieuses.
• Aspects Économique
• Aujourdhui, coût moyen d1 puce 1,15 euros
• Dans 3 ans, 10 fois moins (arrivée de la
  technologie en phase industrielle, les coûts sont
  donc loin dêtre optimisés).

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Fiche Synthèse Action (2)

• Aspects Concurrence
• Le marché 1,15 milliards deuros en 2002
• Les principaux acteurs USA, Europe, Asie
• USA Affymétrix (CA de 252,5 millions deuros)
• France Apibio, Gensystems (CA de 1,5 M deuros),
  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 laccès aux marchés

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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 sassocie avec Affymétrix