Technologies clés 2010

TECHNOLOGIES CLÉS 2010 (novembre 2006)

Technologies du vivant - santé - agroalimentaire

49. Techniques de criblage et de synthèse à haut débit

Description

Par techniques de criblage et de synthèse à haut débit on entend :

le criblage à haut débit (HTS - High Throughput Screening) réel. Le développement de la génomique et de la protéomique a conduit à la découverte de nombreuses cibles thérapeutiques, constituant ainsi des ciblothéques. Parallèlement, les progrès de la chimie combinatoire (méthode de recherche pharmaceutique qui consiste à synthétiser, de manière automatique, un grand nombre de molécules de structures apparentées) ont permis de synthétiser des banques de molécules, potentiellement actives, à tester. Pour tirer partie de ces améliorations, des techniques de tests à haut débit (criblage) sont mises en place pour découvrir, à partir de ces chimiothèques et de ces ciblothéques, des molécules aux propriétés nouvelles biologiquement actives.
Les verrous principaux qui freinent le développement de ces technologies sont techniques. Ils concernent :
- le choix de la cible : une des questions est de savoir s'il est préférable de choisir une cible issue de la génomique ou de privilégier l'étude d'une cible connue ayant déjà apporté des résultats intéressants. Par ailleurs, manipuler un seul gène cible ou une seule protéine cible ne permettra pas, dans tous les cas, d'obtenir des résultats satisfaisants (cas des maladies multifactorielles) ;
- la mise au point d'essais biologiques robotisés pertinents : il est bien sûr intéressant de mettre au point des tests permettant d'évaluer l'activité mais aussi la toxicité, l'absorption, la distribution, la métabolisation du composé en vue des essais cliniques ;
- la gestion de la masse de données produites (jusqu'à 50 à 100 000 molécules par mois et par chercheur) ;
- l'approvisionnement en molécules : la tendance est plutôt à la conception rationnelle de chimiothéques ciblées, de plus petite taille.
Cette technique de criblage à haut débit a été étendue à d'autres domaines des biotechnologies, comme la mutagenèse dirigée qui nécessite des outils de tests à très haut débit ;
le criblage virtuel. Il s'agit d'une modélisation (simulation virtuelle) de l'action thérapeutique de molécules sur une cible, qui pourrait se substituer en partie aux essais réalisés in vitro, ou du moins avoir pour objectif d'effectuer une présélection des molécules à tester in vitro. On parle de tests in silico. Cette technologie fait appel aux progrès récents de plusieurs disciplines : la biologie moléculaire, la biologie structurale (détermination de la structure tridimensionnelle de la cible), la bio-informatique, les mathématiques (voir la fiche Modélisation, simulation, calcul) ;
l'expérimentation à haut débit (HTE - High Troughput Experimentation). Cette technologie a pour but d'accélérer le processus de recherche principalement en catalyse et en chimie des matériaux en vue de la mise au point de procédés de production. La technologie repose sur l'utilisation des outils de la chimie combinatoire pour accélérer la recherche de nouvelles conditions opératoires pour des réactions généralement connues, et notamment la recherche de nouveaux catalyseurs. L'expérimentation à haut débit permet de découvrir des systèmes catalytiques nouveaux et/ou des conditions opératoires performantes très rapidement.

Ces technologies font appel à de multiples disciplines comme la génomique, la protéomique, la robotique, les microsystèmes (développement de systèmes miniaturisés, MEMS-Micro-electro-mechanical-systems), la microfluidique, la chimie, la bioinformatique ...

Degré de développement :
Emergence	Croissance	Maturité

Enjeux, Impact

Les enjeux de la maîtrise de ces technologies sont les suivants :

il s'agit de rendre les domaines d'application (drug discovery, chimie, catalyse, matériaux ...) plus compétitifs en diminuant les coûts associés et en augmentant la vitesse des découvertes (time to market) : il est évident que celui qui découvrira le plus rapidement et produira les principes actifs agrochimiques ou pharmaceutiques par le procédé le moins onéreux remportera le marché. L'enjeu est grand si l'on sait que les plus grands block busters pharmaceutiques rapportent chacun 5 ou 6 Md$ par an ;
dans le domaine de la chimie, l'amélioration de procédés catalytiques est un domaine clé de la recherche chimique, étroitement lié à la propriété industrielle. D'après les Chemical Abstracts, les brevets les plus consultés dans le monde sont régulièrement des brevets de méthodologie de synthèse en catalyse. Ils se classent devant les brevets de chimie médicinale. L'importance des impacts du développement des procédés catalytiques est souligné par le choix de la catalyse comme un des trois axes technologiques du pôle à vocation mondiale « chimie environnement Lyon Rhône-Alpes » (Axelera) ;
le développement d'industries connexes (fabrication de robots de criblage, de synthèse, logiciels ...) contribue à pérenniser et développer ces secteurs industriels.

L'horizon temporel prévisible de la maîtrise de certaines de ces technologies est assez proche (moins de 5 ans), notamment pour la santé (découverte de nouveaux traitements) et les biotechnologies. Pour la chimie, l'horizon est plus lointain : de 5 à 10 ans.

Marché

Les domaines d'application de ces technologies sont la pharmacie et l'agrochimie (découverte de nouveaux médicaments, herbicides, insecticides, fongicides ...), les biotechnologies (mutagenèse dirigée, par exemple), la chimie (mise au point de procédés catalytiques et de matériaux innovants).

Le marché européen du criblage à haut débit (découverte de principes actifs) a été estimé à 377 M€ et devrait augmenter pour atteindre 722 M€ en 2010. Le marché du HTE est lui encore émergent, sa croissance est à prévoir dans les années à venir. Globalement, le marché de ces technologies est un marché à fort potentiel.

Degré de diffusion de la technologie :
Naissance	Diffusion	Généralisation

Domaines d'application :
industries agricoles et alimentaires ; industrie pharmaceutique ; fabrication de savons, de parfums et de produits d'entretien ; chimie, caoutchouc, plastiques ; fabrication de composants électroniques ; recherche et développement.

Acteurs

Disciplines scientifiques : biochimie, biologie moléculaire, sciences médicales et alimentation, physico-chimie de la pharmacologie, médecine et odontologie, chimie moléculaire, chimie analytique, informatique.

Compétences technologiques : composants électriques, informatique, analyse, mesure et contrôle, ingénierie médicale, chimie organique, biotechnologies.

Pôles de compétitivité : Innovations thérapeutiques (Alsace), Chimie-environnement Lyon (Rhône-Alpes), Méditech Santé (Île-de-France).

Liens avec (technologies) : protéomique ; génomique fonctionnelle à grande échelle ; microtechnologies pour l'intensification des procédés ; transgénèse ; modélisation, simulation, calcul ; acquisition et traitement de données.

Principaux acteurs français

Centres de compétences : CEA (GCC : Groupe de chimie combinatoire et de criblage à haut-débit), CIT (Rennes, HTE), Institut Gilbert Laustriat (Criblage et chimiothéque nationale, Strasbourg), LOF Rhodia-CNRS (HTE), RMNT (Réseau Micro Nano Technologies.

Industriels : Cerep, Hybrigenics, Biométhodes (Massive Mutagenesis® – Demande PCT WO 02/16606 – technologie phare de Biométhodes, est la seule technologie de mutagenèse dirigée combinatoire à haut débit), Rhodia (HTE).

Exemples d'acteurs dans le monde : HTS : Aclara Biosciences (États-Unis), Discovery Partners (États-Unis), Vertex Pharmaceuticals (États-Unis), Euroscreen (Belgique), Interbioscreen (Russie) ; HTE : DSM (Pays Bas) et probablement les différentes grandes entreprises du même secteur comme Degussa (Allemagne), Avantium (Pays-Bas), Symyx (États-Unis) ... Certains laboratoires du Massachusetts Institute of Technology à Boston.