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 05/03/03 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 05/03/03 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 05/03/03 DEA VT & IC - N.BARTS - L. DERDERIAN - F. LETTIERI

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. 05/03/03 DEA VT & IC - N.BARTS - L. DERDERIAN - F. LETTIERI

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. 05/03/03 DEA VT & IC - N.BARTS - L. DERDERIAN - F. LETTIERI

Puces à ADN : fonction, avantages & domaines 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. 05/03/03 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 05/03/03 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. 05/03/03 DEA VT & IC - N.BARTS - L. DERDERIAN - F. LETTIERI

Puces à ADN : Technologie (3) Synthèse préalable Synthèse in situ 05/03/03 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 05/03/03 DEA VT & IC - N.BARTS - L. DERDERIAN - F. LETTIERI

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 Aide au suivi des essais cliniques, adaptation de la thérapie 05/03/03 DEA VT & IC - N.BARTS - L. DERDERIAN - F. LETTIERI

Exemple : perspective d’évolution des applications Pharmacie & Diagnostic (Source : Ministère de l’industrie) 05/03/03 DEA VT & IC - N.BARTS - L. DERDERIAN - F. LETTIERI

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) 05/03/03 DEA VT & IC - N.BARTS - L. DERDERIAN - F. LETTIERI

Estimation de l’évolution du marché des biopuces 05/03/03 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 05/03/03 DEA VT & IC - N.BARTS - L. DERDERIAN - F. LETTIERI

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 05/03/03 DEA VT & IC - N.BARTS - L. DERDERIAN - F. LETTIERI

DEA VT & IC - N.BARTS - L. DERDERIAN - F. LETTIERI Données Brevet Répartition des publications & Pays dépositaires ? Monopole US ? Pourtant il existe bien, Étude restreinte … 05/03/03 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. 05/03/03 DEA VT & IC - N.BARTS - L. DERDERIAN - F. LETTIERI

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 05/03/03 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 05/03/03 DEA VT & IC - N.BARTS - L. DERDERIAN - F. LETTIERI

DEA VT & IC - N.BARTS - L. DERDERIAN - F. LETTIERI Les acteurs et leurs positionnement dans le Marché des Technologies Puces ADN (2002 ) 05/03/03 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). 05/03/03 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 05/03/03 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 05/03/03 DEA VT & IC - N.BARTS - L. DERDERIAN - F. LETTIERI