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Sébastien Lecommandoux

Collège de France

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

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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.

Sébastien Lecommandoux

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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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Année 2024-2025

Colloque - Advancing Biomaterials: Biomimetic and Biohybrid Innovations

Sébastien Lecommandoux : Biohybrid and Dynamic Polymersomes: from Precision Therapy to Artificial Cells

Sébastien Lecommandoux

Enseignant-chercheur au Laboratoire de chimie des polymères organiques, Bordeaux INP, professeur invité du Collège de France

Sébastien Lecommandoux

Collège de France

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Année 2024-2025

Colloque - Advancing Biomaterials: Biomimetic and Biohybrid Innovations

Molly Stevens : Designing and translating new materials for advanced therapies and disease detection

Molly Stevens

John Black Professor of Bionanoscience, University of Oxford

Résumé

This talk will present recent advances in therapeutic and biosensing materials, with a focus on translational pipelines for clinical application. We have developed scalable fabrication methods to create complex 3D architectures and biofunctionalized surfaces with spatially organized biochemical and topographical cues. Our delivery platforms include high-molecular-weight polymer carriers for saRNA therapeutics and photo-responsive nanoreactors inspired by circadian rhythms. We are also exploring bioinspired soft robotics for targeted, stimuli-responsive drug delivery.

In diagnostics, we are engineering functionalized nanoparticles for in vivo disease detection, including colorimetric nanoprobes for visual readouts and CRISPR-based, preamplification-free RNA detection (CrisprZyme). We have developed Raman microspectroscopy tools and machine learning techniques for hyperspectral unmixing, enabling the analysis of live-cell and organoid models and tracking nanomedicines in vivo.

A key innovation is our SPARTA™ platform, which enables high-throughput, label-free characterization of single nanoparticles, supporting the development of nanoparticle therapeutics and exosome diagnostics.

This talk will explore how these technologies are advancing biomedical innovation and how we are establishing translational pathways to bring them into the clinic—while striving to make healthcare solutions more accessible and equitable.

Molly Stevens

Professor Dame Molly Stevens FREng FRS is John Black Professor of Bionanoscience at the University of Oxford (Department of Physiology, Anatomy and Genetics and Institute of Biomedical Engineering) and part-time Professor at Imperial College London and the Karolinska Institute.

Professor Stevens' multidisciplinary research balances the investigation of fundamental science with the development of technologies and designer biomaterials to address some of the major healthcare challenges across diagnostics, advanced therapeutics and regenerative medicine. The impact of her work is recognised by numerous accolades, including the 2023 Novonordisk Prize.

Professor Stevens' work has a strong translational drive, focussed on translating scientific innovation into practical solutions to benefit patients and society. She is a serial entrepreneur and the founder of four spin-off companies in the diagnostics, advanced therapeutics, and regenerative medicine space. She has been recently appointed as Oxford University Champion for Women and Diversity in Entrepreneurships.

Sébastien Lecommandoux

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Innovation technologique Liliane Bettencourt (2024-2025)

Année 2024-2025

Colloque - Advancing Biomaterials: Biomimetic and Biohybrid Innovations

Welcome and Introduction

Sébastien Lecommandoux

Enseignant-chercheur au Laboratoire de chimie des polymères organiques, Bordeaux INP, professeur invité du Collège de France

Présentation

Le colloque se concentrera sur les innovations de pointe en matière de biomatériaux, avec un focus sur les organelles synthétiques fonctionnelles et les (bio)matériaux biomimétiques. Ces matériaux, inspirés par les systèmes naturels, sont conçus pour reproduire et améliorer les fonctions biologiques dans des applications médicales avancées. Un aspect central des discussions portera sur les auto-assemblages supramoléculaires multi-échelle et multi-composants, des structures dynamiques capables de s'organiser spontanément, avec des implications directes pour la médecine régénérative, les systèmes de délivrance de médicaments ou à plus long terme dans les neurosciences.

Les sessions exploreront également la nanotechnologie moléculaire biomimétique, une approche qui utilise des stratégies inspirées par la nature pour concevoir des systèmes à l'échelle nanométrique capables de répondre aux défis thérapeutiques. Le rôle des polymères thérapeutiques sera mis en avant, avec une attention particulière aux polypeptides bioinspirés, qui, grâce à leur versatilité et leur biocompatibilité, dont énormes et récents progrès ouvrent de nouvelles perspectives.

Le colloque traitera également des systèmes biohybrides à base de protéines, fusionnant des composants biologiques et synthétiques pour créer des matériaux multifonctionnels. Ces systèmes, intégrant des mécanismes du vivant et des matériaux artificiels, offrent des perspectives uniques pour développer des solutions thérapeutiques innovantes, notamment en immunothérapie et en oncologie. Ce rendez-vous scientifique mettra en lumière les intersections entre biologie et chimie des matériaux, et leur potentiel pour transformer la médecine moderne.

Sébastien Lecommandoux

Collège de France

Innovation technologique Liliane Bettencourt (2024-2025)

Année 2024-2025

08 - Biomatériaux de demain : polymères biomimétiques et biohybrides - Biomimétisme, biodégradabilité et (bio)recyclabilité des polymères : enjeux et opportunités

Sébastien Lecommandoux

Collège de France

Innovation technologique Liliane Bettencourt (2024-2025)

Année 2024-2025

Biomatériaux de demain : polymères biomimétiques et biohybrides

Séminaire - Christophe Chassenieux & Daniel Taton : Biomimétisme, biodégradabilité et (bio)recyclabilité des polymères : enjeux et opportunités

Intervenant(s) :

Christophe Chassenieux

Professeur des Universités, IMMM, Le Mans Université

Daniel Taton

Professeur, Université de Bordeaux

Résumé de l'intervention de Christophe Chassenieux

Les protéines comme nouvelles sources de matériaux

Par-delà leur utilisation quotidienne dans notre alimentation, les protéines sont également autant de briques fonctionnelles pouvant être mises en œuvre pour obtenir des matériaux avec des propriétés d'intérêt. À ce titre, la caséine du lait a été la source de matières plastiques comme la galalithe dès le XIXe siècle. Les protéines peuvent être vues comme des sphères collantes dont l'autoassemblage, quand elles sont considérées seules ou en combinaison avec des polysaccharides, conduit à des matériaux (hydrogels, émulsions, suspensions, capsules,…) sources d'aliments, d'emballages ou de vecteurs thérapeutiques. J'illustrerai le potentiel de plusieurs types de protéines. L'empreinte environnementale en termes de bilan carbone, de consommation d'eau et d'eutrophisation des sols, sans parler du bien-être animal pour les produire, sont autant de paramètres à prendre en compte et qui donnent l'avantage aux protéines issues de végétaux.

Christophe Chassenieux

Christophe Chassenieux a obtenu son doctorat en chimie et physico-chimie de l'Université du Maine (Le Mans) en 1997. Puis, il a travaillé comme postdoctorant dans l'équipe du Pr M. A. Winnik à l'université de Toronto sur des complexes tensioactif/polyélectrolyte. Il a été recruté Maître de Conférences à l'Université Pierre et Marie Curie et au sein du LPCM de l'ESPCI à Paris en 1998 où il a obtenu son habilitation à diriger des recherches en 2004. Il a été promu Professeur des Universités au Mans au sein de l'Institut des Molécules et Matériaux du Mans en 2005. Il s'intéresse à l'autoassemblage de polymères amphiphiles et de protéines pour conduire à des fluides complexes dont il cherche à contrôler les propriétés structurales et rhéologiques de l'échelle moléculaire à macroscopique. Plus récemment, il cherche à comprendre la pollution plastique des océans en précisant les mécanismes à l'œuvre dans la fragmentation de macroplastiques en objets plus petits. Il est le coauteur de 130 publications, de deux ouvrages et de quatre brevets.

Résumé de l'intervention de Daniel Taton

Les polymères dits de commodité, tels que le polyéthylène ou le polystyrène, sont reconnus pour leur robustesse et leur inertie chimique. Toutefois, ces mêmes propriétés les rendent récalcitrants à toute tentative de déconstruction chimique, posant un défi majeur en matière de recyclabilité. Pour contourner cet obstacle, des stratégies innovantes visent à introduire des motifs dégradables au sein de ces polymères tout en préservant leurs performances, ou bien de les décomposer directement par des procédés chimiques ciblés. Trois stratégies émergent : (1) l'introduction des points de fragilité par post-modification chimique dans les polymères de commodité, (2) la copolymérisation avec des comonomères intégrés dès la synthèse pour programmer leur future déconstruction, et (3) des approches directes de déconstruction chimique. Ces méthodologies, en pleine évolution, ouvrent des perspectives pour repenser la fin de vie de polymères considérés jusqu'ici comme inaltérables. Cette présentation explorera ces stratégies en mettant en lumière les défis scientifiques et technologiques à relever pour rendre ces matériaux robustes, mais récalcitrants, enfin accessibles à une dégradation par voie chimique. L'enjeu est de taille : rendre contrôlable la dégradation de polymères historiquement considérés comme inaltérables, et ouvrir ainsi la voie à une gestion plus durable de ces matériaux omniprésents.

Daniel Taton

Daniel Taton a obtenu sa thèse en 1994 à l'université Pierre-et-Marie-Curie (Paris 6). Il est professeur à l'université de Bordeaux et développe ses activités de recherche au Laboratoire de chimie des polymères organiques (LCPO) dont il est le directeur adjoint depuis 2018. Ses travaux se situent à l'interface de la chimie moléculaire, de la catalyse de polymérisation et de l'ingénierie macromoléculaire. Il s'intéresse notamment à l'utilisation de catalyseurs organiques afin d'accéder à une variété de polymères de spécialité sans métal. Son équipe a également mis au point des supports polymères recyclables pour la compartimentation de catalyseurs, ce qui permet d'obtenir une activité catalytique unique dans des réactions de référence de la chimie moléculaire, y compris en milieu aqueux. Plus récemment, il a initié un nouvel axe de recherche au LCPO concernant la post-modification et le recyclage/surcyclage chimique de polymères connus pour leur robustesse, mais considérés comme récalcitrants à un processus de déconstruction par voie chimique. Daniel Taton est coauteur de près de cent soixante-dix publications dans des revues à comité de lecture, de quinze chapitres de livres et est co-inventeur de plus d'une vingtaine de brevets.

Sébastien Lecommandoux

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Année 2024-2025

Biomatériaux de demain : polymères biomimétiques et biohybrides

Séminaire - Clémentine Bosch-Bouju & Isabel Marey-Semper : Quelle médecine pour demain et après-demain en cancer et neurosciences ?

Intervenant(s) :

Clémentine Bosch-Bouju

Maître de conférences, Bordeaux INP

Isabel Marey-Semper

Fondatrice de DOXANANO, CEO

Résumé

Résumé de l'intervention de Clémentine Bosch-Bouju

Les polymères biomimétiques comme alliés des neurosciences dans le développement des neurotechnologies

De nombreuses pathologies cérébrales demeurent mal soignées, car l'accès des médicaments à la zone pathologique dans le cerveau est très limité. En réponse à ces limitations, la pharmacothérapie intracérébrale se développe, mais elle ne permet pas de contrôler dans le temps la libération des médicaments dans le cerveau. Par ailleurs, le champ des neuroprothèses (stimulation cérébrale, optogénétique, interface homme-machine) est actuellement en plein essor, afin de mieux cibler les zones du cerveau à traiter. Cependant, ces approches ne prévoient pas de libérer des médicaments dans le cerveau de manière contrôlée. Les polymères biomimétiques peuvent pallier aux limitations de ces deux approches thérapeutiques. En effet, par l'usage de ces polymères biomimétiques, il est possible de libérer des molécules dans le cerveau, avec un fort contrôle temporel, spatial et de concentration. Ceci constitue le principe du projet de recherche qui a été développé par Sébastien Lecommandoux et Clémentine Bosch-Bouju et qui sera présenté lors de ce séminaire. Les apports potentiels des polymères biomimétiques pour la recherche biomédicale en neurosciences, et notamment pour la conception de nouvelles neurotechnologies seront également discutés, aux vues des différentes recherches réalisées à travers le monde.

Clémentine Bosch-Bouju

Clémentine Bosch-Bouju est neurophysiologiste et enseignante-chercheuse à l'Ensmac, une école d'ingénieurs du réseau INP spécialisée en chimie-biologie. Elle a réalisé sa thèse entre 2008 et 2011 dans l'équipe de Laurent Venance au Collège de France. Son thème de recherche est l'étude de la communication neuronale en situations physiologique et pathologique, notamment dans le cadre de la maladie de Parkinson. Après un premier stage postdoctoral à l'université d'Otago (Nouvelle-Zélande), où elle se forme à l'électrophysiologie et l'optogénétique in vivo, elle rejoint le laboratoire NutriNeuro (INRAE, université de Bordeaux, INP) en 2014, où elle étudie l'impact de la nutrition sur la plasticité neuronale. Elle est recrutée maître de conférences à l'Ensmac en 2016. Elle y rencontre Sébastien Lecommandoux, ensemble ils initient un premier projet de recherche en 2018. Depuis, elle s'est spécialisée dans la conception de neurotechnologies, à l'interface de la chimie, mais également de la bioélectronique, pour proposer de nouveaux outils pour l'étude du cerveau et le développement de stratégies thérapeutiques innovantes pour les troubles neurologiques et neuropsychiatriques.

Résumé de l'intervention d'Isabel Marey-Semper

Inverser le paradigme de la chimiothérapie conventionnelle à l'aide de polymersomes de rupture : la naissance de la chimiothérapie commandée à distance

La chimiothérapie reste la prise en charge de référence pour un grand nombre de patients atteints de cancer. Cependant, la dose de chimiothérapie administrée est limitée à ce que le patient peut tolérer, plutôt qu'à la dose la plus efficace pour éradiquer la tumeur localement. Ce compromis est dû à la nature des molécules anticancéreuses qui, lorsqu'elles sont injectées par voie intraveineuse, affectent toutes les cellules en croissance du corps, pas seulement les cellules cancéreuses, créant ainsi des effets secondaires néfastes. Avec, pour conséquence, une dose de chimiothérapie trop faible localement dans la tumeur pour être totalement efficace et trop élevée dans les organes sains pour être inoffensive. DOXANANO veut inverser ce paradigme en atteignant une dose de chimiothérapie jamais atteinte auparavant dans la tumeur, conduisant à son éradication, tout en préservant les organes sains.

Pour cela, DOXANANO développe une approche thérapeutique révolutionnaire appelée chimiothérapie activée à distance (RAC®) : les molécules anticancéreuses sont encapsulées dans des nanoparticules sphériques uniques composées de polymères appelées polymersomes DXN. Ces DXN très stables sont de véritables « nano-coffre forts » qui transportent de manière sécurisée les molécules dans l'organisme. Une fois dans la tumeur et en présence de radiothérapie, les DXN s'ouvrent localement dans la tumeur et y libèrent leur contenu en molécules anticancéreuses de manière contrôlée.

Isabel Marey-Semper

Isabel Marey-Semper est la fondatrice et PDG de DOXANANO, une start-up pharmaceutique de nano-médecine de précision dédiée à la lutte contre les cancers. Avant de fonder DOXANANO, Mme Marey-Semper a occupé des postes de direction générale dans de grandes entreprises industrielles innovantes telles que la Compagnie de Saint-Gobain, Stellantis et L'Oréal. Isabel Marey-Semper a débuté sa carrière en tant que consultante en stratégie et finance. Isabel est également administratrice indépendante d'une société américaine et de l'Institut Imagine (institut de recherche médicale et de traitement des maladies génétiques à l'hôpital Necker).

Ancienne élève de l'École normale supérieure de la rue d'Ulm et après avoir réalisé sa thèse au Collège de France, Isabel Marey-Semper est docteure en neurobiologie de l'université Pierre-et-Marie-Curie. Isabel détient un MBA du Collège des ingénieurs. Elle est auditrice de la 73e session de politique de défense de l'Institut des hautes études de défense nationale et colonelle de la réserve citoyenne de l'Armée de l'air et de l'espace. Isabel Marey-Semper est chevalier dans l'ordre national de la Légion d'honneur.

Sébastien Lecommandoux

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Année 2024-2025

07 - Biomatériaux de demain : polymères biomimétiques et biohybrides - Biomimétisme, biodégradabilité et (bio)recyclabilité : enjeux et opportunités

Sébastien Lecommandoux

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Année 2024-2025

Biomatériaux de demain : polymères biomimétiques et biohybrides

Séminaire - Christophe Tribet : Stabiliser, replier, cibler des protéines hors de leur contexte naturel : quelques applications d'assemblages entre protéines solubles ou membranaires et des copolymères synthétiques

Intervenant :

Christophe Tribet

Directeur de recherche CNRS, PASTEUR, ENS-PSL

Résumé

Qu'il s'agisse de biocatalyseurs comme les enzymes, de cibles thérapeutiques ou de médicaments tels que les protéines membranaires et les anticorps, diverses classes de protéines sont manipulées hors de leur contexte naturel. Leur stabilisation est souvent un défi. Nous illustrerons comment l'association avec des macromolécules synthétiques permet de récupérer, ou conserver, solubilité et activité. Les termes de protéine « en armure » ou « chaperonnes artificielles » font souvent référence à ces objectifs de protection et renaturation. Assemblages coulombiens et/ou amphiphiles complexes, transitions de phases modulables via un stimulus constituent la base physico-chimique de ces approches dont nous détaillerons quelques réalisations les plus récentes.

Christophe Tribet

Chimiste, formé à la physico-chimie des tensio-actifs, des polymères, et en matière molle, C. Tribet conduit une recherche expérimentale centrée sur l'étude et le contrôle de complexes entre macromolécules artificielles et protéines. Ces « outils » macromoléculaires trouvent des applications en pharmacie et en biologie, notamment pour la stabilisation d'anticorps thérapeutiques, l'étude de protéines membranaires intégrales, ou comme revêtements de substrats pour la culture de cellules vivantes. Docteur de Sorbonne université (université Paris VI en 1993), puis chargé de recherche CNRS à l'ESPCI (laboratoire Science et Ingénierie de la Matière Molle), C. Tribet est actuellement directeur de recherche CNRS, à l'École normale supérieure, au sein du département de chimie.

Sébastien Lecommandoux

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Année 2024-2025

06 - Biomatériaux de demain : polymères biomimétiques et biohybrides - Assemblages multi-composants et multi-échelles dynamiques : du fondamental à la thérapie

Sébastien Lecommandoux

Collège de France

Innovation technologique Liliane Bettencourt (2024-2025)

Année 2024-2025

Biomatériaux de demain : polymères biomimétiques et biohybrides

Séminaire - Nicolas Martin & Léa-Lætitia Pontani - Des polymersomes aux cellules artificielles : mimer la complexité du vivant pour le comprendre et le soigner

Intervenant :

Nicolas Martin

Chargé de recherche, CNRS, CRPP, université de Bordeaux

Léa-Lætitia Pontani

Directrice de recherche CNRS, Laboratoire Jean Perrin, UMR8237, CNRS/Sorbonne université, Paris

Résumé de l'intervention de Nicolas Martin

Coacervats : des gouttelettes dynamiques pour assembler des cellules artificielles

Les cellules sont les briques fondamentales du vivant. Ces systèmes, d'une sophistication remarquable pour les physicochimistes, fonctionnent comme des usines miniatures, capables de coordonner de multiples réactions en orchestrant flux de matière et d'énergie dans l'espace et dans le temps. Reproduire de tels comportements au sein de systèmes artificiels représente un défi majeur, aux applications biotechnologiques prometteuses, mais aussi essentiel pour éclairer les principes physicochimiques du vivant. La compartimentation est un élément clé de cette organisation. Les cellules vivantes sont délimitées par une membrane lipidique qui régule les échanges avec leur environnement. Une autre approche consiste à former des compartiments sans membrane, appelés coacervats, par séparation de phase liquide-liquide dans des solutions aqueuses de polymères. Connus de longue date, les coacervats sont récemment apparus comme des modèles pertinents pour la construction de cellules artificielles et pour explorer les hypothèses sur l'origine des premières cellules.

Nous discuterons des mécanismes qui gouvernent la formation de ces gouttelettes, en particulier l'assemblage de coacervats stimulables, basés sur des transitions de phase dynamiques, permettant un contrôle spatiotemporel de réactions bio-inspirées. Nous montrerons comment ces systèmes offrent de nouvelles pistes pour assembler des cellules artificielles et mieux comprendre la transition entre matière inerte et matière vivante.

Nicolas Martin

Passionné par les systèmes complexes à l'interface entre chimie, biologie et physique, Nicolas Martin s'intéresse à la manière dont les molécules et macromolécules s'auto-assemblent pour donner naissance à des structures dynamiques et fonctionnelles inspirées du vivant. Chimiste formé à l'ESPCI, il s'est spécialisé en physico-chimie de la matière molle par une thèse à l'École normale supérieure de Paris, sous la direction du Dr Christophe Tribet, où il a exploré le rôle de polymères chargés dans le repliement des protéines. Il a ensuite rejoint l'université de Bristol au Royaume-Uni pour un postdoctorat au sein du groupe du Pr Stephen Mann, pionnier de la biologie synthétique. Aujourd'hui chargé de recherche au CNRS, au Centre de recherche Paul Pascal à Pessac, ses travaux portent sur la conception de cellules artificielles minimales à partir de coacervats. Ces assemblages de polymères, semblables à certains compartiments observés dans les cellules, pourraient offrir des pistes sur l'origine des compartiments prébiotiques et les premières manifestations de la vie.

Résumé de l'intervention de Léa-Lætitia Pontani

Biomimetic emulsions as a tool to study tissue architecture and mechanics

Emulsions, i.e. packings of oil droplets in water, are a great tool to explore the structure of jammed matter. Indeed, they can be made transparent, allowing for the straightforward imaging and analysis of their 3D microstructure. Beyond these approaches, emulsions can also be tuned to exhibit properties that resemble those of biological tissues, with the general goal to understand the physical basis of collective remodeling during development. These biomimetic emulsions are then designed to mimic the minimal mechanical and adhesive properties of cells in biological tissues. Such a biomimetic approach allows to study the mechanical properties of tissues in a simplified framework, i.e. a framework in which the inherent biological complexity due to intracellular regulations is bypassed. In particular, we focus on the interplay between adhesion and mechanical forces and how it contributes to regulate the emergence of tissue architecture during morphogenesis. To do so, we study the structure and elasto-plastic behavior of these emulsions as a function of interdroplet adhesion. This allowed us to show that adhesion alone was able to guide the emergence of structuration in flowing emulsions, while the network of adhesive contacts in static packings controls the deformation properties of the droplets.

Léa-Lætitia Pontani

Après un doctorat obtenu en 2009 à l'Institut Curie, j'ai effectué un postdoctorat de 2010 à 2015 à New York University, dans le groupe de Jasna Brujic au Center for Soft Matter Research. J'y ai étudié les propriétés de jamming d'empilements denses de gouttes, mais aussi développé des émulsions biomimétiques, utilisées pour mimer les tissus biologiques ainsi que pour des applications d'auto-assemblage de matériaux complexes. J'ai ensuite obtenu un poste de chargée de recherche au CNRS en 2015. J'ai d'abord rejoint l'INSP (Sorbonne université, Paris) puis le Laboratoire Jean Perrin (LJP) à partir de 2018. Depuis mon recrutement, je travaille principalement sur les propriétés élastoplastiques d'émulsions adhésives sous contrainte, mais aussi au développement d'outils biocompatibles pour des mesures de forces durant la morphogenèse d'organismes in vivo. En parallèle de mes activités de recherche, j'assure la direction du LJP depuis le 1er janvier 2024.

Sébastien Lecommandoux

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Année 2024-2025

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

Sébastien Lecommandoux

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Année 2024-2025

Biomatériaux de demain : polymères biomimétiques et biohybrides

Séminaire - Simona Mura - Particules circulantes comme vecteurs thérapeutiques biomimétique

Intervenant :

Simona Mura

Professeure, IGPS, Université Paris Saclay

Résumé

Dans le but de surmonter les limitations des vecteurs nanométriques traditionnels pour la délivrance de molécules thérapeutiques, notamment leur capacité réduite à franchir les barrières biologiques et leur biocompatibilité parfois insuffisante, un intérêt croissant s'est porté sur l'utilisation de particules circulantes endogènes (par exemple, cellules, vésicules dérivées de cellules ou lipoprotéines) comme alternative prometteuse.

Ces particules, dotées d'une biocompatibilité et d'une biodégradabilité naturelles, présentent également des propriétés de ciblage intrinsèques, permettant une vectorisation sélective des molécules actives vers les sites pathologiques. Des molécules thérapeutiques, qu'elles soient sous forme libre ou encapsulées dans des nanoparticules synthétiques, ont été chargées dans ces particules endogènes, soit in vitro après leur isolement à partir du sang, soit in vivo directement dans la circulation sanguine, par le biais d'interactions spontanées.

L'exploitation des « navettes » naturelles du corps pour la vectorisation thérapeutique constitue désormais une partie intégrante de la recherche en nanomédecine. Bien que cette stratégie ait été principalement développée pour le ciblage des tissus néoplasiques, elle offre un potentiel significatif dans d'autres domaines médicaux, tels que l'athérosclérose ou les maladies infectieuses. Lors de ce séminaire, je ferai le point sur les avancées récentes dans ce domaine.

Simona Mura

Simona Mura est professeure titulaire de technologie pharmaceutique à l'université Paris-Saclay. Diplômée en pharmacie de l'université de Cagliari en Italie, elle a obtenu en 2009 un doctorat en chimie et technologie des médicaments sous la direction du Pr A. M. Fadda. Elle a ensuite rejoint le groupe du Pr E. Fattal à l'Institut Galien, UMR CNRS 8612, université Paris-Sud, où elle a étudié la toxicité de nanoparticules biodégradables pour l'administration pulmonaire. En 2011, elle a été nommée maître de conférences dans la même université dans le cadre d'une chaire d'excellence, travaillant dans l'équipe du Pr P. Couvreur. Professeure invitée à l'université d'Osaka en 2015, elle a intégré l'Institut universitaire de France en 2017 en tant que membre junior. Elle a obtenu son HDR en 2018 et est devenue professeure titulaire en 2022. Ses recherches, situées à l'interface de la chimie, de la biologie et de la chimie physique, portent sur la conception de systèmes biomimétiques pour l'administration ciblée de molécules actives. Elle explore également le comportement des nanomédicaments dans l'environnement biologique complexe du corps humain grâce à des techniques de culture 3D, des technologies microfluidiques et des méthodes avancées de caractérisation.

Sébastien Lecommandoux

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Colloque - Advancing Biomaterials: Biomimetic and Biohybrid Innovations

Timothy J. Deming : Enhancing biomimicry via polypeptide side-chain modifications

Timothy J. Deming

Professeur, UCLA

Résumé

Our lab has pursued development of methods to allow selective incorporation of diverse functionality into synthetic polypeptide materials. Specifically, we have developed synthetic methods that allow a robust variety of modifications to nucleophilic thioether containing side-chains in both methionine and alkylated cysteine residues. Here we show such modifications can create synthetic polypeptides that can mimic environmentally responsive coacervate formation as has been observed in cytosolic proteins. We also show how modifications can be performed simultaneously on both segments of aqueous block copolymer assemblies resulting in materials that can respond to biologically relevant stimuli.

Timothy J. Deming

Timothy J. Deming received a B.S. in Chemistry from the University of California, Irvine in 1989, and graduated with a Ph.D. in Chemistry from the University of California, Berkeley, in 1993. After a NIH postdoctoral fellowship at the University of Massachusetts, Amherst with David Tirrell, he joined the faculty in the Materials Department at the University of California, Santa Barbara in 1995. Here he held appointments in the Materials and Chemistry Departments where he was promoted to Associate Professor in 1999 and Full Professor in 2003. His appointment is now as Distinguished Professor of Bioengineering and Chemistry and Biochemistry at the University of California Los Angeles. He served as the Chairman of the Bioengineering Department at UCLA from 2006 to 2011. He is a leader in the fields of polypeptide synthesis, self-assembly of block copolypeptides, and use of polypeptides in biology, for which he has received awards from the National Science Foundation, the Office of Naval Research, The Arnold and Mabel Beckman Foundation, the Alfred P. Sloan Foundation, the Camille and Henry Dreyfus Foundation, the Materials Research Society, and the IUPAC Macromolecular Division. He is also a Fellow of the American Institute of Medical and Biological Engineering, and recently received the Fulbright-Tocqueville Distinguished Chair Award. Professor Deming has a long track record of training students for performing ethical, rigorous research and for organizing their data for presentations and publications. He is active in the bioinspired materials community, recently served as an Associate Editor for Biomacromolecules, and has been an Editorial Advisory Board member for Macromolecular Bioscience, Soft Matter, Macromolecules, and Biopolymers.

Sébastien Lecommandoux

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

Sébastien Lecommandoux

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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

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Année 2024-2025

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

Sébastien Lecommandoux

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Colloque - Advancing Biomaterials: Biomimetic and Biohybrid Innovations

Raffaele Mezzenga : Amyloid-metal biohybrids for health and environmental remediation

Raffaele Mezzenga

Professeur, ETH Zurich

Résumé

Amyloid fibrils interact with metal ions via metal-ligand supramolecular interactions whose energy is of the order of tens to hundreds of KBT. The occurrence of the 20 essential amino acids in food-based amyloid fibrils derived from inexpensive animal and plant proteins, including from food waste, combined with the extreme aspect ratio of the amyloids, allow for an affordable, yet universal toolbox to produce multifunctional hybrids which can serve in a multitude of applications and technologies. In this talk I will provide several examples of food amyloid fibrils interacting with metal ions and nanoparticles for both health and environmental remediation, some of which have made it into real technologies. Taking β-lactoglobulin amyloids as a model amyloid system derived from whey, a by-product of cheese making process, I will show how metal ions can be adsorbed from water and wastewater solutions by amyloid-based filters for water purification purposes, or how gold ions can be adsorbed and processed from amyloid aerogels to recycle gold from e-waste. I will also show how iron atoms can be coordinated to β-lactoglobulin amyloids to deliver highly bioavailable Fe(II) for iron fortification, or to design hydrogels capable of performing cascade enzymatic reactions for alcohol detoxification in vivo.

Raffaele Mezzenga

Raffaele Mezzenga is full professor at ETH Zurich since 2009. His research focuses on the self-assembly of proteins, polymers, liquid crystals, food and colloidal systems. He is a Highly Cited Researcher (Clarivate, 2023) in the cross-field discipline, with more than 450 publications and 20 patents. His work has been recognized by several prestigious international distinctions such as the 2017 Fellowship and the 2013 Dillon Medal by the American Physical Society, the 2013 Biomacromolecules/Macromolecules Young Investigator Award by the American Chemical Society, the 2011 American Oil Chemists' Society Young Scientist Research Award, and the 2004 Swiss Science National Foundation Professorship Award.

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Colloque - Advancing Biomaterials: Biomimetic and Biohybrid Innovations

María J. Vicent : Polypeptide-Based Nanomedicines: Enhancing Tropism and Overcoming Biological Barriers

María J. Vicent

Professeur, CIPF Valence

Résumé

Polypeptides play a crucial role in areas like nanomedicine, where their biological function is governed by intricate structural features. Studying structure-activity relationships is essential to optimize polypeptide-conjugate designs, as minor structural changes can lead to unexpected yet highly effective biological outcomes. We have addressed traditional synthetic limitations by using controlled NCA polymerization and rigorous characterization, producing well-defined architectures. Post-polymerization modifications introduce various functional groups and orthogonal reactive sites, enabling a wide range of polypeptide configurations, such as diblock copolymers and star-shaped structures. These can self-assemble into supramolecular nanostructures with unique biological properties, including tissue specificity, subcellular targeting, and potential brain delivery. Through a bottom-up strategy and the strategic design of polymer-drug linkers, in vitro and in vivo assessments have shown these systems to be non-toxic, with enhanced cellular uptake and extended half-life and accumulation in specific tissues like lymph nodes, mitochondria, and the brain. These findings position our polypeptide-based nanosystems as promising therapeutics.

María J. Vicent

Professor María J. Vicent leads the Polymer Therapeutics Lab at the Príncipe Felipe Research Center (CIPF) since 2006 and became its Scientific Director and Cancer Program Coordinator in 2024. She also oversees the Screening Platform, part of the EU-OpenScreen infrastructure, and currently serves as president-elect of the Controlled Release Society (CRS). Additionally, she is Editor-in-Chief of Advanced Drug Delivery Reviews. Her research focuses on designing innovative nanopharmaceuticals through Polymer Therapeutics to address unmet clinical needs in diagnostics and therapy. Her work has been supported by national and EU grants, including ERC-funded projects like MyNano, Polymmune, and Polybraint, as well as NanoPanTher and other public-private initiatives. María has received multiple accolades such as the Idea and Samyang awards and Women in Science honors. She is a Fellow of the National Academy of Inventors (FNAI), the AIMBE College of Fellows (since 2019), and the CRS College of Fellows (since 2021). With over 155 peer-reviewed publications and 15 patents, her innovations have led to six technology licenses, one of which helped launch the spin-off Polypeptide Therapeutic Solutions S.L. in 2012. The company, rebranded as Curapath after its acquisition by Arcline in 2021, is now a leading CDMO with over 100 employees.

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Colloque - Advancing Biomaterials: Biomimetic and Biohybrid Innovations

Sam Stupp : Role of Supramolecular Motion in Cell Signaling

Sam Stupp

Professeur, Northwestern University

Samuel Stupp is Board of Trustees Professor of Materials Science and Engineering, Chemistry, Medicine, and Biomedical Engineering at Northwestern University. He also directs Northwestern's Center for Regenerative Nanomedicine. Stupp's interdisciplinary research is focused on developing self-assembling supramolecular nanostructures and materials for functions relevant to renewable energy, regenerative medicine, and robotic soft matter. He is a member of the U.S. National Academy of Sciences, the U.S. National Academy of Engineering, the American Academy of Arts and Sciences, the Royal Spanish Academy, the National Academy of Sciences of Latin America, the National Academy of Sciences of Costa Rica, and the U.S. National Academy of Inventors. Stupp has won numerous awards over the course of his career, including three American Chemical Society national awards: the Award in Polymer Chemistry, the Ronald Breslow Award for Achievement in Biomimetic Chemistry, and the Ralph F. Hirschmann Award in Peptide Chemistry. He recently received the 2022 Materials Research Society Von Hippel Award, the highest honor awarded by this society. Other awards include the Department of Energy Prize for Outstanding Scientific Accomplishment in Materials Chemistry, the Materials Research Society Medal Award, the Royal Society of Chemistry Award in Soft Matter and Biophysical Chemistry, and the Nanoscience Prize from the International Society for Nanoscale Science, Computation, and Engineering, which recognizes lifelong achievement in the field.

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Colloque - Advancing Biomaterials: Biomimetic and Biohybrid Innovations

Kazunori Kataoka : Self-Assembling Polymer Nanosystems: Towards Clinical Translation of Smart Drug Delivery

Kazunori Kataoka

Professeur, iCONM - University of Tokyo

Résumé

Self-assembling polymer-based nanosystems, particularly polymer micelle-type drug delivery systems (PM-DDS), have emerged as powerful platforms for the smart delivery of therapeutic agents. Constructed through the spontaneous organization of precision-engineered block copolymers, these nanoscale carriers—typically 10 to 100 nm in size, comparable to viruses—feature a core–shell structure that enables both efficient drug encapsulation and excellent biocompatibility. While initially developed for small-molecule delivery, PM-DDS technology has rapidly evolved to accommodate more complex modalities such as nucleic acid and protein therapeutics, as well as imaging contrast agents. This presentation will focus on recent advances in PM-DDS, with particular emphasis on systems designed for the delivery of nucleic acid-based drugs including siRNA, antisense oligonucleotides (ASO), and mRNA. Highlighted examples include platforms that have progressed to clinical evaluation, underscoring the translational potential of these self-assembling nanocarriers in addressing intractable diseases.

Kazunori Kataoka

Prof. Kazunori Kataoka is the Center Director of the Innovation Center of NanoMedicine, Kawasaki Institute of Industrial Promotion, and Professor Emeritus at the University of Tokyo. For over four decades, he has made pioneering contributions to the fields of biomaterials, particularly in drug delivery and targeting, non-viral gene delivery, and nanomedicine. He has authored more than 600 peer-reviewed publications, which have garnered over 100,000 citations (h-index: 168), and has been recognized as a Highly Cited Researcher by Clarivate Analytics for nine consecutive years since 2016. His many accolades include the Clemson Award from the Society for Biomaterials (2004), the Founder's Award from the Controlled Release Society (2006), the NIMS Award from the National Institute for Materials Science (Japan, 2009), the Humboldt Research Award (2012), the Leo Esaki Prize (2012), the Gutenberg Research Award (2015), the Princess Takamatsu Cancer Research Fund Prize (2017), the Biomaterials Global Impact Award (2023), and the Clarivate Citation Laureate in Chemistry (2023). He is an International Member of the U.S. National Academy of Engineering (since 2017), and a Fellow of the U.S. National Academy of Inventors (since 2017). In 2018, he was awarded the honorary degree Doctor Honoris Causa (Dr.h.c.) by Johannes Gutenberg University Mainz, Germany

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Colloque - Advancing Biomaterials: Biomimetic and Biohybrid Innovations

Patrick Couvreur : Advanced nanomedicines for the treatment of severe diseases

Patrick Couvreur

Professeur invité, Collège de France

Résumé

Even if new molecules are discovered to treat severe diseases, the clinical efficacy of conventional chemotherapeutics is hampered by drug resistance and non-specific biodistribution. Advanced nanodevices may overcome some of these limitations. This will be illustrated by several advanced nanomedicine platforms:

The design of biodegradable doxorubicin-loaded polyalkylcyanoacrylate nanoparticles for the treatment of the multidrug resistant hepatocarcinoma (a nanomedicine with phase III clinical trials ended).

The construction of nanoparticles made of metal oxide frameworks (NanoMOFs), a highly hyperporous material obtained by the complexation of iron oxide clusters with diacids.

The "squalenoylation", a technology that takes advantage of the squalene's dynamically folded molecular conformation, to link this natural and biocompatible lipid with drug molecules to achieve the spontaneous formation of nanoassemblies (100–300 nm). These squalene-based nanoparticles are using the circulating LDL as "indirect" carriers for targeting cancer cells with high expression of LDL receptors. The application of the "squalenoylation" concept to the treatment of cancer and neurological disorders will be discussed too.

Patrick Couvreur

Patrick Couvreur is a Professor Emeritus at Université Paris-Saclay and a member of the French Academy of Sciences. He held the Liliane Bettencourt Chair of Technological Innovation at the Collège de France in 2010 and is also a member of the Institut Universitaire de France (IUF). A world-renowned expert in drug delivery and nanomedicine, his research focuses on the use of nanotechnologies to develop targeted therapies for severe diseases, particularly cancer and central nervous system disorders. He has founded three start-ups, one of which was listed on the stock exchange and led the development of a nanomedicine that reached phase III clinical trials for the treatment of resistant hepatocellular carcinoma. Professor Couvreur is also a member of the French National Academy of Medicine, the Academy of Technologies, and served as President of the French Academy of Pharmacy in 2020. Internationally, he is a member of the U.S. National Academy of Medicine, the U.S. National Academy of Engineering, the Royal Academy of Medicine of Belgium, the Royal National Academy of Pharmacy in Spain, and the Japan Academy of Pharmaceutical Sciences and Technology. He has received numerous prestigious awards both in France and abroad, including the Host Madsen medal, the CNRS Innovation Medal, the Galien Prize, and the European Inventor Award.

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Colloque - Advancing Biomaterials: Biomimetic and Biohybrid Innovations

Harm-Anton Klok : Surface-Grafted Polymer Brush Films: Leveraging Structural Complexity For New Properties and Functions

Harm-Anton Klok

Professeur, EPFL

Résumé

Surface-initiated polymerization is a unique way to produce thin, functional polymer films. As polymer chains are grown from surfaces that are modified with initiators or chain transfer agents to mediate chain growth, this process ensures a unidirectional growth and net parallel alignment of the polymer tethers. These surface-grafted polymer brushes have a complex nanoscale structure that is characterized, amongst others, by a non-uniform segment density profile. This presentation will highlight 3 examples of surface-grafted polymer brushes with unique non-biofouling and lubrication characteristics, as well as piezo- and pyroelectric properties, which demonstrate the intricate relationship between nanoscale structure and properties for surface-grafted polymer brushes.

Harm-Anton Klok

Harm-Anton Klok is Full Professor at the Institutes of Materials, and Chemical Sciences and Engineering at the Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) (Lausanne, Switzerland). He studied chemical technology at the University of Twente (Enschede, The Netherlands) from 1989 to 1993 and received his Ph.D. in 1997 from the University of Ulm (Germany) after working with Martin Möller. After postdoctoral research with David N. Reinhoudt (University of Twente) and Samuel I. Stupp (University of Illinois at Urbana–Champaign, USA), he joined the Max Planck Institute for Polymer Research (Mainz, Germany) in early 1999 as a project leader in the group of Klaus Müllen. In March 2003 he joined EPFL.

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Colloque - Advancing Biomaterials: Biomimetic and Biohybrid Innovations

Jan van Hest : Polymer-based artificial cells

Jan van Hest

Professeur, Eindhoven University of Technology

Résumé

Compartmentalization is generally regarded as one of the key prerequisites for life. To better understand its role, there is a clear need for model systems in which life-like properties can be installed. In this lecture I will discuss a synthetic cell platform composed of a complex polymer coacervate formed from oppositely charged amylose derivatives and stabilized by a semi-permeable polymer membrane. The coacervate structure resembles better the crowded environment observed in the cytoplasm than vesicular structures normally do. Cargo, such as enzymes, can be highly effectively loaded in the coacervates, based on complementary charge and affinity. This allows protocell communication with this robust synthetic platform. Using natural scaffolding proteins we can controllably take up and release proteins from the artificial environment, which mimics natural secretion. We have reconstructed the cellular architecture of a eukaryotic cell by incorporating multiple artificial organelles, both with membrane-bound and membrane-less architectures. Furthermore we have equipped the cells with an artificial cytoskeleton that allows us to modulate membrane dynamics and mechanical properties. Finally, we are able to incorporate life-like features such as motility in these structures, making this class of artificial cells a very versatile platform to study and mimic biological processes.

Jan van Hest

Jan van Hest obtained his PhD from Eindhoven University of Technology in 1996 with prof E.W. Meijer. After a postdoctoral stay with prof D.A. Tirrell, he joined the chemical company DSM. In 2000, he was appointed full professor in Bio-organic chemistry at Radboud University Nijmegen. As of September 2016 he holds the chair of Bio-organic Chemistry at Eindhoven University of Technology. Since May 2017 he is the scientific director of the Institute for Complex Molecular Systems. He is one of the main applicants of two gravitation programs on Functional Molecular Systems and Interactive Polymer Materials, and was awarded two ERC Advanced grants (2015 and 2024). He has been elected member of the Royal Netherlands Academy of Arts and Sciences in 2019, the Academia Europaea in 2023 and was awarded the Spinoza premium in 2020. 65 PhD students have obtained their doctorate degree under his supervision, and he has published around 400 papers. He is also cofounder of four start-up companies. The group's focus is to develop well-defined compartments for nanomedicine and artificial cell research. Using a combination of techniques from polymer science to protein engineering, well-defined carriers and scaffolds are developed for application in cancer treatment and immunology.